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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Beimischungen aus der Luft.
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Die bekannten Verfahren zur Abscheidung von verschiedenen ungewünschten Beimischungen aus der Luft, z.B. von Staub, verschiedenartigen Aerosolen und gewissen Gasen, sind auf mehrstufiger Luftfiltration bei Benutzung einer Reihe von Filtern begründet. Die Filter erfassen auf mechanischem Wege Staub - und Aerosolkomponenten von Beimischungen, gegebenfalls können bei Verwendung der Absorption und chemischer Reaktionen mit höherem oder niedrigerem Wirkungsgrad auch Gasbeimischungen auffangen. Bei hohen Ansprüchen an Luftreinheit in bestimmten Arbeitsplätzen, beispielweise in Operationssaalen und bei Herstellung von Halbleitern, werden diese Filtrationsstufen noch mit Molekularfiltern ergänzt, die mit hohem Wirkungsgrad die meisten Aerosolen, Staubpartikel, Krankheitserreger und gewisse Gaskomponenten erfassen.
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Die beschriebenen Filter sind sehr kostspielig, ihre Filtrationseinlagen weisen begrenzte Laufzeit auf, bzw. erfordern periodische Reinigung. Die Absorptionsmaterialien der Filter müssen periodisch umgetauscht oder regeneriert werden und dasselbe gilt auch für die Molekularmembranen. Filter dieser Art nehmen üblicherweise erhebliche Raumfläche der Klimatisationsanlagen ein und beteiligen sich wesentlich an den Investitions - und Betriebskosten der Klimatisationsanlagen. Diese Filter verursachen auch erhöhten pneumatischen Widerstand der Filtrations -bzw. Lüftungsanlagen, was mit höherem Leistungsbedarf der Lüfter verbunden ist. Demzufolge steigen auch Energieverbrauch und Geräuschintensität dieser Systeme. Die beschriebenen Eigenschaften dieser Filter insbesondere ihre Kostspieligkeit und grosse Dimensionen, schliessen praktisch ihren möglichen Einsatz zur Aufbereitung der Luft in gebräuchlichen Räumen wie z.B. Kongresshallen, Gesellschaftszimmern Büros, Wohnungen und Betriebsräumen aus. Es gibt aber eine Reihe von unerwünschten Schadstoffen, die in diesen Räumen entstehen oder in diese von aussen einschleppen und hier als Luftkomponenten das Behagen der in dieser Räumen sich anhaltenden Personen ungünstig beeinflussen und in vielen Fällen sogar ihre Gesundheit gefährden.
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Bekannt sind ferner verschiedene Luftwäscher, die auf dem Durchwaschen der Luft mit Wasser begründet sind, z.B. indem die Luft durch Wasserdusche getrieben oder durch Wasserbad durchgeblasen wird. Zu derselben Kategorie gehören auch sog.Lufterfrischer, bei denen das Wasser aufwärts verspritzt wird und in ein unter der Spritzdüse eingebrachtes Becken zurückfällt. Die Lufterfrischer sind gewöhnlich mit keinem Zwangsluftumlauf versehen. Die Verwendung der Lufterfrischer und Luftwäscher bringt mit sich oft unerwünschte Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit. Darüber hinaus kann man anhand dieser Anlagen nur diejenige Beimischungen abscheiden, die im Wasser direkt lösbar sind. Ein beträchtlicher Nachteil dieser Anlagen liegt aber darin, dass die in Wasser aufgefangenen Beimischungen widerholt verspritzt werden und ihre Wassermilieu sogar als Nährboden für Vermehrung von aufgefangenen Mikroorganismen dienen kann.
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Aus diesen Gründen finden manninfaltige Luftionisationsgeräte immer grössere Verwendung, da sie bei niedrigeren Erstehungskosten und Energieverbrauch mehrere Funktionen von kostspieligen und geräumigen Filtern ersetzen können. Diese Ionisatoren erregen Entstehung von leichten Sauerstoffionen, deren erhöhte Aktivität die Zerlegung von bestimmten Schadstoffen der Luft hervorbringt. Die Ionen ziehen auch Staubpartikel an, die sich durch Wirkung der Ladung der Ionen in der Nähe des Ionisators oder an Wänden des Zimmers ablagern. Die Abscheidung eines Teiles von Beimischungen aus der Luft wird in diesem Fall mit grösserer Verschmutzung der Zimmerwände begleitet. Ausserdem nach Entladung der Ionen, können sich die Staubpartikel wieder auflockern und die Luft im Zimmer wieder belasten.
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In gewissen Fällen wird zur Bildung von Sauerstoffionen anstatt Spitzen - oder Drahtemitter, Wasseroberfläche benutzt. Im USSR Urherberschein 966558 ist beispielweise ein Ionisator beschrieben, der durch eine Wasserdusche und ein modifizierter Lufterfrischer gebildet ist, wobei die Spritzdüse der Dusche mit dem negativen Pol einer Hochspannugsquelle des Gleichstromes verbunden ist, so dass die Wassertropfen, die durch die Spritzdüse verspritzt werden, und daneben auch der schaumige Wasserspiegel im Becken unter der Spritzdüse, eine Qulle von Luftionen bilden. Selbverständlich kommt zur Bildung von Ionen vorzüglich an Stellen des hohen Gradients des elektrischen Feldes, d.h. an den gerigsten Wassertropfen, gegebenfals an den schärfesten vorübergehenden Unebenheiten des Wasserspiegels. Betrieb eines solchen Ionisators ist freilich mit Erhöhung des Niveaus von negativen Sauerstoffionen und relativer Luftfeuchtigkeit im Zimmerraum verbunden.
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Aus dem USSR Urheberschein 1 069863 ist ein Ionisator bekannt, der die unerwünschte Erhöhung der Luftfeuchtigket im Zimmer unterdrückt. Die Bildung von Luftionen an den Wassertropfen ist in diesem Fall durch Bildung von Luftionen innerhalb miniaturen Luftblasen ersetzt. Die Luftblasen steigen dabei gegen Wasserspiegel, der gegenüber der Umgebung ein hohes negatives Potential hat.
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Ein Nachteil beider diesen Innisatoren besteht darin, dass die gebildeten negativen Sauerstoffionen mit den Beimischungen der Luft erst im freien Zimmerraum zusammenwirken. wo die Produkte der Zusammenwirkung auch verbleiben.
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Es sind auch elektrostatische Anlagen zur Abscheidung von Beimischungen aus der Luft bekannt, bei denen eine der Elektroden, zwischen welchen eine Hochspannung erhalten wird, gegebenfalls eine Koronaentladung brennt, durch Spiegelfläche von elektrisch leitender Flussigkeit, beispielweise von Wasser gebildet wird, deren elektrische Leitfähigkeit durch verschiedene Zusätze erhöht wird.
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Ein solcher Elektrofilter mit Wasserbad is in der BRD Patentanmeldung 3714978 bekanntgeworden. Der Filter besteht aus wenigsten einer mit Wasser gefüllten Wanne, oberhalb der eine Elektrode angeordnet ist. In den praktischen Ausführungen des Filters sind mehrere Wannen übereinander angeordnet, so dass die zuständigen Hochspannugselektroden unter den Boden der obenstehenden Wannen angebracht sind. Die Wannen sind mit Überläufe versehen, die in die unterliegenden Wannen münden. Das System der Wannen ist in Wasserkreislauf eingeschaltet in welchem neben einer Umlaufpumpe auch ein Filter eingeordnet ist, der die im Wasser durch Wirkung der Gravitation und des elektrichen Feldes zwischen dem Wasser und der Hoschspannungselektrode absorbierten Festpartikel erfasst. Die zu reinigende Luft wird durch freie Räume zwischen den Wannen getrieben und strömt parallel zu den Wasserspiegel der einzelnen Wannen. Die beschriebene Einrichtung weicht nicht im wesentlichen von anderen nassen Staubabscheidern ab und ihre Wirkung beschränkt sich auf die Absorption von in der zu reinigenden Luft enthaltenen Aerosolen und Stäuben.
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Die Wirkung der Koronaentladung und des elektrischen Feldes ist bei den beschribenen Anlagen nur auf bestimmte Stellen begrenzt. Demzufolge kann man nicht gewährleisten, dass die Beimischungen der Luft von gesamtem oberhalb des Wasserspielgels vorhandenem Raum elektrostatisch angezogen oder abgestossen werden. Da die zu reinigende Luft vom Anfang an parallel zum Wasserspiegel strömt,die schwereren Staubpartikeln können nicht auf mechanischem Wege ins Wasser zugetrieben werden.
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Als Nachteil ist es auch anzusehen, dass aus der beschriebenen Anlagen das unvermeidlich entstehende Ozon entweichen kann, was wegen seiner übermässigen Oxidationsfähigkeit als unerwünscht erscheint.
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Ausserdem, beim Betrieb der Anlagen werden auch positive und negative Sauerstoffionen aus der Luft abgeschieden, obwohl ihre wohltuende Wirkung auf die Qualität der Luft in abgeschlossenen Räumen und damit auch auf die Gesundheit und das Behagen des Menschen als nachgewiesen angesehen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und hoch wirksames Verfahren zur Abscheidung verschidener Beimischungen aus der Luft zu finden und eine neue Konstruktion der Vorrichtung zur Durchfüchrung dieses Verfahrens zu schaffen.
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Die Aufgabe is dadurch gelösst, dass zwischen Emitteren und einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in der Richtung der Strömung der zu reinigenden Luft sowohl positive, als auch negative räumlich abgetrennte Koronaentladungen geschaffen werden.
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Die Vorrichtung besteht mindestens aus einem mit einer Zuleitungselektrode und mit einem Emitter versehenen Behälter, wobei erfindugsgemäss die Behälter hintereinander angeordnet sind und in den Einzelbehältern Emitteren angeordnet sind, die in der Richtung zwischen dem Einlass und dem Auslass der zu reinigenden Luft jeweils sowohl an eine Quelle der positiven Hochspannug, als auch an eine Quelle der negativen Hochspannung angeschlossen sind.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Einlass der zu reinigenden Luft am ersten Rand des Behälters angeordnet und winkelrecht gegenüber der elektrisch leitenden Flüssigkeit orientiert ist. Dabei ist der erste Emitter mit der Quelle der positiven Hochspannug verbunden und unmittlebar hinter dem Einlass der zu reinigenden Luft in der Strömungsrichtung der Luft angeordnet und ferner in dieser Richtung wird an den ersten Emitter die erste mit diesem Emitter elektrisch verbundene Flächenelektrode angeschlossen, wobei der Raum oberhalb des Flüssigkeitsniveaus hinter der ersten Flächenelektrode durch eine verdoppelte luftdurchlässige, aus isilierendem Gewebe hergestellte Scheidewand verschlagen ist, hinter der der zweite mit einer Quelle der negativen Hochspannung verbundene Emitter angeordnet ist, auf den die zweite mit ihm elektrisch verbundene Flächenelektorde anschliesst, die mit einem metallischen Sieb verbunden ist, das hinter der zweiten Flächenelektrode auf dem anderen Ende des Behälters quer der Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft angeordnet ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist es ferner vorteilhaft, wenn die Flächenelektroden parallel zu dem Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit in den Behältern angeordnet sind.
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Hinter dem metallischen Sieb, in der Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft, kann mit Vorteil ein Zusatzbehälter mit einem Bad angeordnet sein und die verdoppelte Scheidewand kann mit einer bis zum Behälterboden hineinragenden und mit der gemeinsamen Erdung der Quellen der Hochspannung verbundenen Zuleitugselektrode versehen sein.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist die negative Hochspannungsquelle über einen Schutzwiderstand mit einer aus der Auslasswand der zu reinigenden Luft hinausragenden Ionisationselektrode verbunden und am Einlass oder am Auslass der zu reinigenden Luft ist ein Lüfter angeordnet.
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Im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren und Anlagen erscheint die erfindugsgemässe Vorrichtung erheblich billiger und einfacher zu sein. Den herkömmlichen Ionisatoren gegenüber das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung weisen einen primären Vorteil auf, nach dem die Koronaentladung nicht bloss mit den Gasbeimischungen der Luft z.B. mit Schwefeldioxid,Kohlendioxid, Kohlenoxid, Stickstoffoxiden und Kohlenwasserstoffen reagiert, aber dass sich diese Beimischungen gleichzeitig zusammen mit den durch die Emittere emittierten Elektronen in negative Ionen umwandeln. Die negativen Ionen werden mittels des elektrischen Gradients gegen das Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit, üblicherweise des Wassers, das gegebenfalls Beimischungen zur Erhöhung seines elektrischen Leitfähigkeit, eventuell weitere Beimischungen enthält, geführt, wobei die Ionen unter gleichzeitiger Bildung von Säuren erlöschen. Die Gase wie z.B.Kohlenoxid die keine Säuren bilden, werden anhand einer geeigneter Wahl des Materials des Emitters in eine lösliche Modifikation umgewandelt, d.h. mitttels einer Katalyse beispielweise in Kohlendioxid. Als geeignetes Material für Emitter erscheint Platin. Die Kohlenwasserstoffe werden auf einem geeignet gewählten Material des Emitters z.B. auf Platin auf Kohlendioxid und Wasser verbrannt. Bei Anwesenheit von negativen Sauerstoffionen wird auch die Oxidation von Stickstoffoxiden auf Stickstoffdioxid beschleunigt. Dieses bildet dann zusammen mit Wasser zu dem es mittels der Ionenladung herangezogen wird, die Stickstoffsäure. Die umgekehrte Polarität des Emitters, d.h. ein positiver Emitter und eine negative elektrisch leitende Flüssigkeit, wird dann zum Auffangen und zur Absorption von elektropositiven Beimischungen, beispielweise von Radon u.dgl.führen.
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Die elektropositive Eigenschaften besitzen auch die meisten Allergene, die in der ersten Stufe der Vorrichtung gegen die negativ geladene elektrisch leitende Flüssigkeit herangezogen werden. Der Rest dieser Partikeln und die Allergene umringen dann in einer weiteren Stufe der Vorrichtung die negative Sauerstoffionen und mit diesen zusammen in der elektrisch leitenden Flüssigkeit absorbiert werden.
Durch Einordnung von Emitteren, die gegenüber der elektrisch leitenden Flüssigkeit im Behälter oder in den Behältern sowohl positiv, als auch negativ polarisiert sind, wird die Absorption von sowohl elektronegativen, als auch elektropositiven Beimischungen der Luft, gegebenfalls ihrer, durch Verbrennung an Emittoren entstehenden Zersetzungsprodukten erzielt.
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Die zu reinigende Luft wird in die Vorrichtung senkrecht zum Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit, d.h. des Wassers, die gegebenfalls Beimischungen zur Erhöhung seiner Leitfähigkeit enthält, hineingetrieben. Damit werden die grösseren Staubpartikeln und Aerosolpartikeln auch auf mechanischem Wege ins Wasser hineingetrieben,indem ihre Trägheitsenergie ausgenutzt wird. Darüber hinaus, infolge intensiver Berührung des Wasserspiegels mit der zu reinigenden Luft erfolgt die Absorption von Gasbeimischungen im Wasser dank ihrer gegenseitigen Afinität.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Staub- und Aerosolpartikeln und andere Beimischungen der zu reinigenden Luft, die in der Koronaentladung ionisiert werden, durch Wirkung von Flächenelektroden im gesamten Raum der zuständigen Sektion der Vorrichtung der Wirkung des elektrischen Feldes ausgesetzt werden sodass diese Komponenten im ganzen,über dem Wasserspiegel vorhandenen Raum dieser Sektion der Vorrichtung gegen Wasser abgestossen werden. Die gegenseitige Abtrennung der Sektionen der Vorrichtung mit gegenpoligen Emitteren mittels einer verdoppelten Scheidenwand, deren Oberfläche übereinstimmend mit der überwiegend auftretenden Ladung in zuständiger Sektion der Vorrichtung geladen wird, begünstigt Verhinderung der Entweichung von bereits ionisierten Beimischungen aus einer zu anderer Sektion der Vorrichtung.
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Die erfindugsgemässe Vorrichtung hat weiter zum Ziel, die Entweichung des ionisierten Ozon aus der Vorrichtung zu vermeiden. Dies ist mittels eines metallischen Sieb erreicht, das mit dem letzten Emitter elektrisch verbunden ist und durch welches die zu reinigende Luft vor ihrem Austritts aus der Vorrichtung durchströmt. Durch eine Ionisationselektrode werden darüber hinaus zu der bereits gereinigten Luft negative Sauerstoffionen zugegeben, die an sich nachfolgend in einem Zimmeraum Staub- und Aerosolpartikeln binden und damit zur Verbesserung der Qualität der Luft im Zimmer beitragen.
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Zur Erläuterung der Erfindung werden ferner ihre Ausführnugsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- in Fig.1 eine schematische Gesamtansicht der Grundrisse der Erfindung,
- in Fig.2 eine praktische Ausführungsform der erfindugsgemässen Vorrichtung,
- in Fig.3 die Ausfürugsform von Fig.2, die durch eine Ionisationselektrode ergänzt ist.
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Eine primäre Ausführungsform der erfindugsgemässen Vorrichtung, die in Fig.1.dargestellt ist, besteht aus Behältern 9, in den sich eine elektrisch leitende Flüssigkeit, beispielweise Wasser, das verschiedene Beimischungen enthalten kann, befindet. Ins Wasser ragt eine geerdete Zuleitungselektrode 8 hinein. Die Behälter 9 sind an ihren Oberteilen geschlossen und mit einem Einlass16 der Luft, in welchem ein Zulüfter 2 angeordnet ist, und mit einem Auslass 22 der Luft versehen.
In den Behältern 9, über dem Niveau der elektrisch leintenden Flüssigkeit 14, Emitteren 3,6, z.B aus Platin angeordnet sind, die mit den Polen der Quellen 11,12, von Gleichstromhochspannung mit gemeinsamer Erdung verbunden sind. Der Behälter 9 kann bei Benutzung der Zuleitungselektrode 8 aus einem Isolierstoff hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, den Behälter 9 aus elektrisch leitendem Material herzustellen, so dass bei seiner Erdung die Zuleitungselektrode entfallen kann. Der Behälter 9 ist in drei Sektionen,die die gemeinsame, elektrisch leitende Flüssigkeit 14 enthalten, aufgeteilt.Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung können natürlich die Scheidewände zwischen den einzelnen Sektionen des Behälters 9 undurchlässig für die elektrisch leitende Flüssigkeit sein, oder die gesamte Vorrichtung kann aus mehreren selbständigen Behältern zusammengesetzt sein. In dem letzten Falle werden die Behälter9 nur auf der Luftseite d.h . über dem Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit 14 miteinander verbunden. Die geerdeten Zuleitungselektroden 8 sind hier als Bestandteile von einzelnen Sektionen des Behälters 9 dargestellt.Oberhalb des Niveaus der elektrisch leitendenden Flüssigkeit 14 sind in den einzelnen Sektionen des Behälters 9 die Emitteren 3,6, z.B. aus Platin, angeordnet, die in der Richtung zwischen dem Einlass 16 und dem Auslass 22 der Luft wechselweise an die negative und die positive Quelle 11,12, der Gleichstromhochspannung angeschlossen sind, die in diesem Falle durch eine symetrische Quelle der positiven und negativen Spannung mit geerdeter Mitte gebildet sind. Es liegt an der Hand, dass im Falle von undurchlässigen Scheidewänden zwischen den einzelnen Sektionen des Behälters 9, oder bei Benutzung von selbständigen Behältern 9, verschiedene elektrisch leitende Flüssigkeiten 14 angewendet werden können. Ähnlicherweise, die Zuleitungselektroden 8 und die Mitte der Quellen 11, 12 der Gleichstromhochspannung brauchen keine Erdung, sondern können der Erde gegenüber beliebiges Potential besitzen.
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Eine primäre praktische Ausführung der elektrostatischen Vorrichtung ist in Fig.2 dargestellt und besteht aus einem Behälter 9, auf welchem ein oberes Paneel 1 aufgesetzt ist, dessen untere Wand 11 ein freier Raum über dem Niveau einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, zumeist des Wassers, innerhalb des Behälters 9 abgrenzt. Am ersten Rande des Behälters 9 ist in dem oberen Paneel 1 ein Einlass 16 der zu reinigenden Luft angeordnet, der senkrecht gegen das Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit 14 orientiert ist. Im Einlass 16 ist ein Zulüfter 2 befestigt. Unmittelbar am Einlass 16 der zu reinigenden Luft ist auf der unteren Seite der unteren Wand 19des oberen Paneels 1 der erste Emitter 3 angeordnet, der beispielweise durch zwei Reihen von Spitzen gebildet ist, die gegen das Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit 14 gerichtet sind. Dieser erste Emitter 3 ist mit einer Quelle 12 der positiven Hochspannung verbunden.Die Quelle 12 ist im Raum des oberen Paneel 1 angeordnet, d.h. zwischen diesem Paneel 1 und seiner unteren Wand 19. An den ersten Emitter 3 ist die erste Flächenelektrode 4 angeschlossen, die an der unteren Seite der unteren Wand 19 parallel zum Niveau der elektrisch leitendend Flüssigkeit 14 im Behälter 9 angeordnet und mit dem ersten Emitter 3 elektrisch verbunden ist. In der Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft, hinter der ersten Flächenelektrode 4 ist der Raum oberhalb des Niveaus der elektrisch leitenden Flüssigkeit 14 durch eine luftdurchlässige, verdoppelte Scheidewand 5 aus einem isolierenden Netzgewebe verschlagen. Die Scheidewand 5 ist auf ihrem unteren Ende mit einer, gegen den Boden des Behälters 9 hineinragenden Zuleitungselektrode 8 versehen, die mit der gemeinsamen Erdung der Quellen 11,12 der Gleichstromhoch spannung verbunden ist. Hinter dieser verdoppelten Scheidewand 5 ist auf der unteren Seite der unteren Wand 19 der zweite Emitter 6 angeordnet, der von derselben Bauart der erste Emitter 3 ist. An den zweiten Emitter 6, der mit der Quelle 11 der negativen Hochspannung verbunden ist, schliesst änlicherweise wie bei dem ersten Emittor 3 die zweite miteinander elektrisch verbundene Flächenelektrode 7 an. Hinter dieser zweiten Flächenelektrode 7 ist der Behälter 9 durch eine Leitwand 21 beendet, wobei an die Leitwand 21 ein Zusatzbehälter 18 mit einem Bad 15 angeschlossen ist.
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Die untere Wand 19 des oberen Paneels 1 ist oberhalb der Leitwand 21 aufwärts gewölbt, womit eine Leitfläche 20 gebildet ist, durch die ein Kanal für Durchgang der zu reinigenden Luft abgegrenzt ist. Die zu reinigende Luft strömt auf diese Weise zweimal durch ein metallisches Sieb 17, das mit dem zweiten Emittor und mit der zweiten Flächenelektrode elektrisch verbunden ist. Am äusseren Rande des Zusatzbehälters 18 und im Rande des oberen Paneels 1 ist ein wagerecht orientierter Auslass 22 der zu reinigenden Luft der Vorrichtung angeordnet. Der Auslass 22 is mit einem Niveaugeber 10 der elektrisch leitenden Flüssigkeit 14 im Behälter 9 versehen, der zusammen mit den beiden Quellen 11,12 der Gleichstromhochspannung mit einem elektronischen Steurkreis 13 verbunden ist. Der Steuerkreis ist ebenfalls im Raum des oberen Paneels 1, das heisst zwischen diesem oberen Paneel 1 und seiner unteren Wand 19, angeordnet.
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Bei der Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig.3 ist die Vorrichtung mit einer Ionisationselektrode 24 ergänzt, die über einen Schutzwiderstand 23 mit der Quelle 11 der negativen Hochspannung verbunden ist. Diese Ionisationselektrode 24 ist in einer Fassung 24 eingesetzt, welche die Wand 25 des Auslasses 22 der zu reinigenden Luft durchgeht.
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Die erfindugsgemässe elektrostatische Vorrichtung funktioniert auf dem Prinzip der Reaktion einer leichstrom Koronaentladung mit einzelnen Beimischungen der Luft. Mit Rücksicht auf die Koronaetladung können die Beimischungen der Luft auf elektropositive und elektronegative Beimischungen aufgeteilt werden. Mikropartikeln, deren eigene elektrische Leitfähigkeit verhältnissmässig niedrig ist, verhalten sich wie elektropositive Partikeln. Zu diesen zält man Stäube, Allergenen,Bakterien und viel von anderen. Zu den elektronegativen Mikropartikeln gehören Stäube, die bei Behandlung von Metallen, Graphit und dgl. entstehen. Bei den Gasen ist diese Angehörigkeit durch molekulare Struktur einzelner Gase gegeben. Zu den Elektronegativen Komponnenten göheren die in der Luft laufend vorhandenen Gase, zum Beispiel Kohlendioxid CO₂, Schwefeldioxid SO₂ die Stickstoffoxide NOx usw. Zu den elektropositiven Komponenten gehören beispielweise Kohlenwasserstoffe. Ebenfalls Radon und andere Beimischungen der Luft verhalten sich spezifisch in der Koronaentladung.
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Die Koronaentladung ensteht in einem Gasmilieu oberhalb des Niveaus der elektrisch leitenden Flüssigkeit 14, zwischen diesem Niveau und einer Elektrode von geringer Oberfläche - den Emitteren 3,6 - vorausgesetzt zwischen diese Elektrode ausreichende Hochspannung angeschlossen ist.
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Die Intensität der Koronaentladung ist durch die Grösse der Spannung gegeben und im Falle von Spitzenemitteren 3,6 auch durch das Radius ihrer Spitzen. Diese Intensität hängt ferner von der Zusammensetzung der Umgebung und vom Abstand zwischen den Emitteren 3,6 und dem Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit ab.
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Koronaentladung kann positiv oder negativ sein, in Abhängigkeit davon, ob man zu ihrer Bildung positive oder negative Hochspannung an den Emitteren 3,6 anwendet. Jede dieser zwei Arten von Korona reagiert auf andere Weise mit den einzelnen Beimischungen der Luft.
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Bei der negativen Koronaentladung entsteht am Emitter, in unserem Falle an dem zweiten Emitter 6,ein starkes elektrisches Feld,das infolge eines hohen Gradienten an der Spitze des zweiten Emitters 6 die Emission von Elektronen aus dieser Spitze ermöglicht. Bei den Zusammenstössen zwischen den Elektronen und den Molekülen der Luft entstehen Sauerstoffionen und Ionen von andereren Gasen. Gleichzeitig, die entstehenden positiven Ionen kommen zum Emitter 6 zurück, wo Ihres Aufprallen weitere Emission von Ionen erregt, während die negativen Ionen, beispielweise die Sauerstoffionen, verbreiten sich im Raum in der Gradientsrichtung des elektrischen Feldes und fallen auf das Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit hinunter. An ihrer Bahnstrecke reagieren die Ionen mit den Molekülen von Gasen mit denen in Berührung kommen. Sofern die langsamen Ionen O₂ mit den positiv geladenen Mikropartikeln wie Staub, Blütenstaub,Allergenen, Bakterien u.dgl. in Kontakt kommen, fangen sie diese Partikeln auf und tragen sie sie in der Gradientsrichtung des elektrischen Feldes gegen die elektrisch leitende Flüssigkeit 14 fort, wo sie sich ablagern.
Die aus dem Emitter 6 austretende Elektronen reagieren mit sämtlichen Gasbeimischungen und zwar so, dass sie zusammen mit den elektronegativen Gasen negative Gasionen bilden, die durch Wirkung des elektrischen Feldes in die elektrisch leitende Flüssigkeit 14 hereingebracht werden. Auf diese Weise verhaltet sich zum Beispiel Schwefeldioxid, Kohlendioxid und Stickostoffoxide. Beim Einfallen auf die elektrisch leitende Flüssigkeit 14 erhöhen diese Ionen ihre elektrische Leitfähigkeit, da sie zusammen mit Wasser Säuren bilden.
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Die elektropositiven Gase reagieren als positive Ionen katalytisch auf dem speziellen Material des zweiten Emitters 6 /Platin/ und setzen sich durch Verbrennung in die Saüren bildenden Gasen um. In diesem Falle, handelt es sich beispielweise um Kohlenwasserstoffe, die mittels der Katalyse in der negativen Korona auf Kohlendioxid CO₂ und Wasser verbrannt werden.
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Die positive Korona am ersten Emitter 3 treibt durch ihr Gradienten die positiv geladenen Mikropartikeln gegen die elektrisch leitende Flüssigkeit 14, wo diese gelagert werden. Ähnlicherweise verhaltet sich die positive Korona zu dem posiven Gas Radon. Sie bringt dieses in die elektrisch leitende Flüssigkeit 14 /Wasser/ hinein, in welcher bis 50% Volumenmenge des Radons absorbiert wird. Auf diese Weise kann man die Konzentration des Radons in den abgeschlossenen Räumen herabsetzen.
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Da die positiv geladenen staubartigen Mikropartikeln den Emitter der negativen Korona, d.h. den zweiten Emitter 6, verschmutzen können und damit die Brennung der negativen Koronaentladung verhindern können, ist in der ersten Sektion der erfindugsgemässen Vorrichtung eine positive Korona angewendet, welche die Luft von Mikropartikeln entlastet und erst nachfolgend wird zu weiterer Reinigung eine negative Korona an dem zweiten Emitter 6 angewendet.
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Gewisse Gasmoleküle werden durch die positiven Sauerstoffionen aufgefangen und solche positiv geladene Mikropartikel der Wirkung des positiven elektrostatischen Feldes ausgesetzt. Die Gase, die keine Säure bilden, beispielweise Kohlenoxid CO, werden katalytisch auf Kohlendioxid CO₂ und andere Komponenten verbrannt.Kohlendioxid soheidet sich dann in der anschliessenden negativen Korona und auf dem zweiten Emitter 6 ab, oder verhaltet sich in dem Raum der positiven Korona als elektronegative Moleküle und kann durch die positiven Sauerstoffionen aufgefangen werden.
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Die Funktion der erfindugsgemässen elektrostatischen Vorrichtung kann entsprechend den beschriebenen Ausführungsformen und der vorhergehenden Analyse des Verhalten von einzelnen Beimischungen der Luft in der Koronaentladung folgendermassen beschrieben werden.
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Die zu reinigende Luft wird in die Vorrichtung mittels des Zulüfters 2 senkrecht gegen das Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit 14, üblicherweise des Wassers, hineingetrieben. Das Wasser befindet sich in dem Behälter 9, der als eine Wanne aus Kunststoff ausgeführt werden kann. Mit dem Wasser is nicht nur der eigene, unter den Emitteren angebrachte Behälter 9 gefüllt, aber auch der Zusatzbehälter 18, zu dessen Bad 15 weitere Zusätze zugegeben werden. Das obere Paneel 1 ist lose auf dem Behälter 9 aufgesetzt und ist verschiebbar nach links von Zeichnugsansicht. Bei dieser Verschiebung wird ein Teil des Behälters entdeckt, sodass die elektrisch leitende Flüssigkeit 14 hineingegossen werden kann. Der Strom der zu reinigenden Luft wird also durch den Zulüfter 2 senkrecht gegen das Niveau der elektrisch leitenden Flüssigkeit getrieben. Mikropartikeln wie Stäube, Blütenstäube, Allergenen, Bakterien usw. fallen auf das Niveau der, Flüssigkeit ein, in die sie mittels des Luftstromes eingetrieben werden, sodass ein Teil von diesen Partikeln in der elektrisch leitenden Flüssigkeit verbleibt und gelagert wird. Ähnlicherweise nutzt man dabei die Affinität der Moleküle von mehreren Gasen gegenüber der elektrisch leitenden Flüssigkeit aus.Diese reagieren mit der Flüssigkeit und beteiligen sich teilweise an der Bildung von Säuren, gegebenfalls von Peroxiden.
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Im Raum der Koronaentladung, die zwischen dem ersten Emitter 3 und dem Niveau der elektrisch leitenden Flussigkeit entsteht, gewinnen die Mikropartikeln positive Ladung und mehrere Moleküle bilden positive Ionen. Alle diese Partikeln gehen in der Stromrichtung der zu reinigenden Luft unter dem gebildeten elektrischen Feldes fort. Das Feld gibt den Bahnstrecken der Partikeln Richtung gegen die elektrisch leitende Flüssigkeit, in die die Mikropartikeln eintauchen, während die ionisierten Moleküle von säurebildenden Gasen beim Kontakt mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit erlöschen und Säuren bilden. Gase, die keine Säuren bilden, z.B. Kohlenoxid CO, werden durch geeignetes Material des ersten Emitters 3 und der ersten Flächenelektrode 4 in eine lösbare Modifikation, z.B anhand Katalyse, in Kohlendioxid umgesetzt das weiterhin im Raum der negativen Korona absorbiert wird. Die verdoppelte Scheidewand 5, die den Raum der negativen Korona von dem der positiven Korona abtrennt, wird auf der Seite der positiven Korona positiv geladen und die ankommenden Ionen bilden vor der Scheidewand 5 eine Raumladung, die weitere Abscheidung von positiven Ionen in die elektrisch leitende Flüssigkeit ermöglicht.
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Im Raum der negativen Koronaentladung auf dem zweiten Emitter 6, die Mikropartikeln negative Ladung gewinnen und die Gasbeimischungen der Luft negative Ionen bilden. Diese werden bei ihrem Fortgang wieder der Wirkung des elektrischen Feldes ausgesetzt, das ihren Bahnstrecken Richtung gegen die elektrisch leitende Flüssigkeit 14 gibt. Ausser der Mikropartikeln handelt es sich dabei insb. um Schwefeldioxid SO₂ und Stickstoffoxide NOx. Die Kohlenwasserstoffe,die im Raum der positiven Korona nicht aufgefangen werden, werden im Raum der negativen Korona an dem zweiten Emitter 6 katalytisch verbrannt, wobei die Produkte dieser Katalyse negative Ionen bilden.
Im Raum der negativen Koronaentladung an dem zweiten Emitter 6 entstehen Ozonionen. Aus diesem Grunde steht im Wege des Stromes der zu reinigenden Luft ein negativ geladenes metallisches Sieb, das den Durchang des Ozons verhindert.
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Im Zusatzbehälter 18 befindet sich ein Bad 15 von beispielweise mit Ätherölen oder Terpenen dotiertem Wasser. Die zu reinigende Luft kommt also knapp vor dem Auslass 22 der zu reinigenden Luft in Kontakt mit dem Niveau des derartig dotierten Wassers und nimmt mit sich die genannten flüchtigen Stoffe ins Freie. Dadurch ensteht ein Aerosol mit günstigen Auswirkungen auf den Menschen.
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Es ist zu bemerken, dass die ganze Konstruktion der erfindungsgemässen elektrostatischen Vorrichtung zusammen mit anfälligen Zusätzen der elektrisch leitenden Flüssigkeit je nach den Forderungen auf die reinigende Wirkung der elektrostatischen Vorrichtung gewählt werden, insbesodere mit Rücksicht auf die überwiegenden Schadstoffe der Luft.
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Verwendung von destilliertem Wasser in der elektrostatischen Vorrichtung nach der Erfindung wird nicht empfohlen wegen seiner niedrigen elektrischen Leitfähigkeit. Die Drehzahl des Zulüfters 2 lässt sich durch nicht veranschaunlichte Schalter ändern. Die Drehzahl wird nach der Zeit des Betriebes oder nach dem Verunreinugsgrad der Umgebung festgesetzt. Die höhere Drehzahl wählt man für Tagesbetrieb, insbesondere für Rauchzimmer, während bei dem Nachtbetrieb und hinsitlich der Geräuschintensität ist es zweckmässig niedrigere Drehzahl zu wählen.
Der Wirkungsgrad der elektrostatischen Vorrichtung kann freilich bei dem sich widerholenden Durchgang der zu reinigenden Luft durch die Vorrichtung erhöht werden. Eine Abnahme der elektrisch leitenden Flüssigkeit durch ihre Verdampfung wird mittels des Niveaugebers 10 überwacht.
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Die Ionisationselektrode 24, die im Auslass 22 der zu reinigenden Luft angebracht ist, stellt eine Quelle von negativen Sauerstoffionen dar. Diese Ionen entstehen zwar in der eigenen Vorrichtung, aber nachfolgend werden zusammen mit unerwünschtem Ozonionen auf dem metallischen Sieb 17 mit negativer Ladung aufgefangen, womit ihren Durchgang verhindert wird. Die Ionisationselektrode 24 bildet also eine Zusatzquelle dieser negativen Ionen, die dann im Zimmerraum an sich Staub- und Aerosolpartikeln binden und damit den Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöhen. Ausreichende Konzentration dieser Ionen bedingt auch das Behagen der Personen, die sich in den abgeschlossenen Räumen aufhalten.
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Die erfindugsgemässe elektrostatische Vorrichtung kann in Wohnnugsräumen, Kanzleien, Sanitätseinrichtungen und überal,wo man die Luft zum Atmen aufbereiten muss, eingesetzt werden. Elektrostatische Vorrichtung kann man auch zur Bildung eines personelen Mikroklimas benutzen, wenn die Vorrichtung mit ihrem Auslass 22 der gereinigten Luft im Raum einer Atmenzone des arbeitenden oder ruhenden Menschen mündet. Von grosser Bedeutung ist auf diese Weise eingesetzte Vorrichtung für Allergiker, Asthmatiker und im allgemeinen für alle Personen, die auf Luftwegstörungen leiden. Der Betrieb der erfindugsgemässen Vorrichtung kennzeichnet sich durch günstige Wirkung auf Atmen von allen Personen, insbesondere von Kindern.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. in der Vorrichtung können auch andere Gase und Dämpfe, z.B. Rauchgas, Brüden od. dgl., behandelt werden.
