EP3552710A1 - Elektrostatische filtereinheit und lüftungsvorrichtung mit elektrostatischer filtereinheit - Google Patents

Elektrostatische filtereinheit und lüftungsvorrichtung mit elektrostatischer filtereinheit Download PDF

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EP3552710A1
EP3552710A1 EP19162784.3A EP19162784A EP3552710A1 EP 3552710 A1 EP3552710 A1 EP 3552710A1 EP 19162784 A EP19162784 A EP 19162784A EP 3552710 A1 EP3552710 A1 EP 3552710A1
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EP
European Patent Office
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ionization
electrode
filter unit
housing
electrostatic filter
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EP19162784.3A
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Georg Hepperle
Gerald Horst
Daniel Vollmar
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic filter unit and a ventilation device with such a filter unit
  • mechanical filters may be used, such as nonwoven mats, porous foam media, expanded metal filter or perforated metal sheet filter.
  • ventilation devices which are extractor hoods that are operated in a kitchen, while liquid and solid contaminants are filtered out of the resulting during cooking fumes and vapors.
  • expanded metal filters, perforated plate filters, baffle filters, which can also be referred to as eddy current filters, edge suction filters and porous foam media are used as mechanical filters.
  • an extractor hood in which an electrostatic filter is used.
  • the electrostatic filter consists in this extractor hood plate-shaped deposition and counter electrodes and wire-shaped ionization.
  • the plate-shaped deposition electrodes are connected to one another via electrically conductive webs, and the counterelectrodes are connected to one another via electrically conductive webs.
  • the deposition and counterelectrodes are arranged so that the air entering the filter first flows into the deposition electrodes with wire-shaped ionization elements lying therebetween and then reaches the counter electrodes which are offset upwards.
  • the deposition electrodes and counterelectrodes are attached to the housing of the extractor hood via partitions that are perpendicular to the electrodes and parallel to one another.
  • the deposition electrodes and counterelectrodes alternately engage each other like a comb.
  • a high-voltage device is provided in the housing of the hood, which is connected to the electrodes of the filter.
  • an electrostatic filter unit for a ventilation device comprising an ionization unit with at least one ionization element and at least one counter electrode and a separation unit.
  • the filter unit is characterized in that the at least one counter electrode has at least one opening and the ionization element comprises at least one needle-shaped ionization electrode with a tip, the ionization electrode is perpendicular to the opening of the counter electrode and the tip lies in the opening of the counter electrode.
  • the ventilation device can be sucked through the air from a room and cleaned.
  • the ventilation device may represent a fume extraction device, for example in a kitchen.
  • the ventilation device may for example also represent a wall box or a ceiling ventilation.
  • the air flow can be caused by a blower of the ventilation device.
  • the electrostatic filter unit serves to filter out impurities from the air flowing through them.
  • the electrostatic filter unit according to the invention has an ionization unit and a separation unit.
  • the separation unit is connected downstream in the flow direction of the ionization unit.
  • the separation unit preferably has at least two precipitation electrodes. In the ionization unit particles are charged in the air. Due to the electric field that builds up between the differently charged precipitation electrodes, the charged particles are deposited on the precipitation electrodes and filtered out of the air.
  • the ionization unit has at least one ionization element and at least one counterelectrode.
  • the counterelectrode of the ionization unit which in particular represents a negative electrode, has at least one opening.
  • a plurality of openings are provided in the counter electrode and the ionization element has a plurality of ionization electrodes.
  • the counterelectrode is therefore described below mainly with a plurality of openings and the ionization element with a plurality of ionization electrodes.
  • the openings of the counter electrode are aligned so that their surface is perpendicular to the flow direction of the air flowing through the ionization unit to the separation unit.
  • the ionization element according to the invention comprises at least one needle-shaped ionization electrode with a tip.
  • the number of the needle-shaped ionization electrodes preferably corresponds to the number of openings.
  • an electrode is used which has a shape tapering toward one end.
  • the needle-shaped ionization electrode has a shaft of constant diameter and a tip.
  • the tip which may also be referred to as the electrode tip, may in this case have a conical shape.
  • the at least one ionization electrode is arranged so that it is perpendicular to the opening of the counter electrode.
  • the ionization electrode extends in the flow direction of the air flowing through the ionization unit.
  • the tip of the ionization electrode is located in the opening of the counter electrode.
  • the ionisation electrode with the electrode tip is preferably oriented coaxially in the opening of the negative counterelectrode.
  • Directional indications such as top, bottom, front and rear, refer to the filter unit and its parts in a condition mounted in a ventilation device.
  • the front side of the filter unit is here understood as the side through which air enters the filter unit. In the front area of the filter unit is thus the ionization unit.
  • the back of the filter unit refers to the side of the filter unit through which air exits the separator unit.
  • the rear of the ionization unit adjoins the front of the ionization unit.
  • depth of the filter unit the separation unit and the Ionization unit is in each case the distance between the front and the back of each unit referred to.
  • the filter unit preferably has a box shape whose width is greater than the height.
  • the width is therefore the larger dimension of the filter unit perpendicular to the depth direction.
  • the height is perpendicular to the width.
  • the upper side of the filter unit is a side whose surface extends in the width and depth direction.
  • the other side opposite side, whose surface extends in the width and depth direction, is referred to as the bottom.
  • the obstruction which is generated by the ionization electrode in the air flow, is minimized.
  • the obstruction is lower than in the case of a wire-shaped ionization electrode, which in the prior art is generally arranged perpendicular to the direction of flow of the air.
  • the tip of the ionization electrode is located in the opening of the counter electrode, a corona discharge between the tip and the counter electrode is formed when the electric field is increased at the tip. Due to the pointed shape of the needle-shaped ionization electrode, the electric field increase is significantly higher than with an ionization wire.
  • the ionization element has an insulation coating.
  • the insulation coating may also be referred to as an insulation coating.
  • the coating material in this case has a low or preferably no electrical conductivity.
  • the coating is preferably provided on the entire ionization element and recessed only at the tip of the at least one ionization electrode and at least one contact point for contacting the ionisationsiatas with a high voltage unit.
  • the ionization element consists of a Ionisationselektrodenrahmen consists of ionization electrodes provided thereon
  • the ionization electrode frame and the ionization electrodes are completely electrically isolated except for the contact point and the electrode tips by means of an insulating surface coating.
  • the formation of creepage distances can be further reduced.
  • wire-shaped ionization electrodes it is functionally necessary that they are bare over their entire length, that is to say they are not insulated, electrical creepage distances are formed.
  • insulation coating which omits the tip (s) of the ionization electrode, such an embodiment is not to be feared.
  • the noise is low with the exclusive use of the electric field between the needle tip of the ionization electrode and the opening of the counter electrode for the corona discharge.
  • the insulation coating is a hydrophobic coating.
  • the formation of the electrical creepage distance can be further prevented.
  • the hardening of the ionisation electrodes can be prevented by adhesion of particles, such as, for example, fat.
  • the insulation coating which can also be referred to as the surface insulation of the ionization element, can be produced, for example, by a ceramic coating or a thermoplastic plastic coating.
  • the ionization element has an ionization electrode frame.
  • the ionization electrode frame is made of electrically conductive material.
  • An electrically conductive or electrically conductive material is in particular a solid material which has an electrical conductivity, which is preferably at 25 ° C.> 10 6 S / m.
  • metals or conductive plastic can be used as the electrically conductive material.
  • plastic is referred to as conductive plastic, which is an intrinsically conductive polymer or is a polymer provided with conductive fillers.
  • the metal for example, aluminum may be used for the ionization electrode frame.
  • the at least one ionization electrode can be formed on the ionization electrode frame or attached thereto.
  • An ionization electrode frame is a component which serves to hold the ionization electrode (s).
  • the ionization electrode frame preferably represents an elongate component, over the length of which ionization electrodes are arranged perpendicular to the length of the ionization electrode frame.
  • the ionization electrode frame thus preferably extends parallel to the surface of the openings of the counter electrode. Since the ionization electrode frame in this orientation is perpendicular to the air flow through the ionization unit, its extension in the height direction is preferably low in order to keep the obstruction low.
  • the ionization electrode frame therefore preferably has a web shape, wherein the webs are equal to or slightly larger than the diameter of the ionization electrode.
  • the embodiment in which the at least one ionization electrode is attached to the ionization electrode frame has the advantage that a different material can be used for the ionization electrode frame than for the actual ionization electrode.
  • the ionization electrode may be made of tungsten, for example, while the ionization electrode frame may be made of another metal or electrically conductive plastic.
  • the overall structure of the filter unit is simplified.
  • separate contacting of the ionization electrodes integrated into the ionization electrode frame or attached thereto is not necessary. Rather, the Ionisationselektrodenrahmen, which consists of conductive material, connected to the high voltage unit, that is to be connected to this.
  • the counterelectrode of the ionization unit preferably represents a plate form.
  • the openings may be introduced or formed, in which the ionization electrodes, in particular the tips of the needle-shaped ionization electrodes, are arranged.
  • At the or the opening (s) can each be formed a tubular projection.
  • the tubular projection or the tubular projections are preferably formed integrally with the plate of the counter electrode.
  • the at least one opening in the counterelectrode can have different geometries, in particular the opening can have a round or hexagonal cross section. Alternatively, it is also possible that the openings have a quadrangular cross-section.
  • the weight of the counter electrode can be minimized and, on the other hand, the obstruction of the air can be kept low.
  • only thin webs of material may be present between the openings in the counter electrode.
  • the openings with the centrally arranged ionization electrodes can thus be offset from one another.
  • the filter unit is also referred to as a filter module.
  • the filter unit preferably represents a removable from the ventilation device, portable filter unit, which is preferably pre-assembled.
  • a pre-assembled filter unit is referred to, which can be used as a structural unit in the ventilation device and removed from this in a unit.
  • the ionization unit has a housing in which at least the ionization element is accommodated.
  • the housing preferably has a box shape that is open to the front and rear.
  • the housing can therefore also be referred to as a frame.
  • the ionization element preferably consists of an ionization electrode frame and the at least one ionization electrode.
  • the at least one ionization electrode and the ionization electrode frame are preferably accommodated in the housing in this case.
  • the counter electrode is also preferably at least partially received in the housing.
  • the counterelectrode may in this case be accommodated, for example, on the front side of the housing and thus form the front side of the ionization unit.
  • the housing may have a protective grid, which is arranged in the flow direction in front of the counter electrode.
  • the front side of the housing is the side through which air enters the ionization unit and which faces away from the separation unit.
  • the back side is the side at which the air exits the ionization unit and faces the separation unit.
  • the separation unit and the ionization unit can be accommodated in a common housing.
  • the housing of the ionization unit can also be configured separately to a separation housing of the separation unit and can be connected to the separation housing.
  • the housing of the separation unit, in which the collecting electrodes are accommodated is referred to as a separator housing.
  • the ionisationsgereheatuse is connected to the separator housing, this can be removed in particular from the separator housing.
  • the housing of the ionization unit which can also be referred to as lonisationsgecher, consists of an electrically insulating material.
  • the ionisationsgepiece from PBT (polybutylene terephthalate) exist.
  • the ionisationsgecher can be configured in one piece or in several parts.
  • the ionisationsgecher consist of an upper part and a lower part.
  • the ionisationsgeotrouse is open at the front and back and optionally closed at the front by a protective grid.
  • the protective grid is designed so that this obstructs the air flow into the ionisationsgephaseuse little possible.
  • the ionisationselement is attached by means of at least one insulator to the housing.
  • the ionization electrode frame is particularly preferably fastened to the housing.
  • the ionization electrode frame may be secured to the inside of the top of the housing, for example.
  • the insulator or insulators are made of electrically insulating material.
  • the insulators may for example consist of ceramic or electrically insulating plastic.
  • the insulator may or may not be made in one piece with the housing.
  • the housing may be made with insulator (s) by injection molding. About the insulators or the ionization element can be held in the interior of the ionisationsgebliuses in a predetermined position relative to the counter electrode.
  • the at least one insulator has a ribbed surface, which can also be referred to as a surface structure.
  • a dividing wall is introduced, which delimits a contact space to the part of the housing in which the at least one ionization electrode is arranged.
  • the part of the housing in which the at least one ionization electrode is arranged is also referred to as a flow-conducting ionization region, since the air flow is conducted through this region, from which the particles are to be filtered out.
  • the ionization element and in particular the ionization electrode frame can be connected to the high-voltage unit.
  • the electrical contacting of the ionisationselektrodenrahmens is separated by the partition wall to the flow-conducting ionization.
  • the dividing wall can have a passage through which the ionization electrode frame protrudes without contact.
  • constructive insulation elements such as ribbing on the partition, the electrical creepage distance is also extended in this area between the ionization electrode frame and the negative counter electrode.
  • the electrical contact between the high-voltage supply and the ionization electrode frame can take place both on the housing surface of the filter module and in the contact space formed by the partition wall.
  • the ionisation electrode frame has a connecting web and at least two fastening webs branching off from it. At least one ionization electrode can be formed or attached to the attachment webs.
  • the ionization electrode preferably extends perpendicular to the attachment web.
  • the connecting web may extend, for example, in the width direction of the ionization unit.
  • the fastening webs can protrude from the connecting web, for example, up and down, in particular projecting vertically up and down.
  • the ionization electrode frame is preferably formed in one piece to ensure sufficient stability.
  • the ionization electrode frame may be attached by snapping the tie bar to one end of insulators attached to the inside of the ionization housing at the top.
  • the ionization electrodes extend in the inserted state in the housing toward the front of the housing. Thereby, blocking of the tip of the ionization electrode by the fixing land to which the ionization electrode is attached can be prevented.
  • the invention relates to a ventilation device comprising at least one electrostatic filter unit according to the invention.
  • electrostatic filter unit also apply - as far as applicable - to the ventilation unit and vice versa.
  • the electrostatic filter unit may be arranged on the ventilation device, preferably in the suction opening. Alternatively, the electrostatic filter unit can also be installed in the flow direction downstream of the suction opening of the ventilation device. The electrostatic filter unit is installed in the ventilation device such that inflowing air first flows through the ionization unit before it reaches the separation unit.
  • FIG. 1 an embodiment of a ventilation device 5 according to the invention is shown, which represents an extractor hood in the form of a ceiling ventilation.
  • the ventilation device 5 has a ventilation housing 50 and a baffle plate 51 located below, that is, in the flow direction in front of the underside of the ventilation housing 50.
  • an intake opening 52 is formed between the underside of the ventilation housing 50 and the baffle plate 51, which can also be referred to as Absaugspalt.
  • Absaugspalt Absaugspalt.
  • a plurality of filter units 1 are introduced in the suction port 52 .
  • a filter unit 1 is introduced in the illustrated view, over the width of the ventilation device 5, two and over the depth of the ventilation device 5, a filter unit 1 is introduced.
  • the ventilation device 5 is mounted above a hob 6 and can be accommodated, for example, in the ceiling (not shown), wherein at least the suction opening 52 is at least temporarily below the ceiling.
  • the protective grid 10 are attached to the front sides of the filter units 1, to recognize.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a first embodiment of the filter unit 1 according to the invention shown.
  • the filter unit 1 consists of an ionization unit 2 and a separation unit 3.
  • the ionization unit 2 is supplied with air from the front during operation.
  • the flow direction is in the FIG. 2 indicated by the arrow S.
  • the separation unit 3 adjoins in the flow direction after the ionization unit 2.
  • the separation unit 3 has a housing 33 in the illustrated embodiment.
  • the ionization unit 2 also has a housing 23 in the illustrated embodiment.
  • the housings 33, 23 each represent forward and rearward open rectangular frames.
  • precipitation electrodes 30, 31 are arranged alternately.
  • the collecting electrodes 30, 31 are designed plate-shaped and arranged parallel to each other.
  • the collecting electrodes 30, 31 extend between the front side of the separating unit 3 and the rear side of the separating unit 3.
  • the precipitation electrodes 30, 31 extend over the entire width of the separating unit 3.
  • the separating unit 3 is configured differently is, for example, that the collecting electrodes 30, 31 perpendicular to the top and bottom of the Housing 33 extend and are arranged in the width direction of the deposition unit parallel to each other.
  • the ionization unit 2 comprises an ionization element 28 and a counterelectrode 22.
  • the counterelectrode 22 has a plate shape.
  • the counter electrode 22 covers the front of the housing 23 of the ionization unit 2.
  • openings 220 are provided, which have a round shape in the illustrated embodiment.
  • the openings 220 are introduced in two opposing rows in the counter electrode 22.
  • an annular projection 221 is provided, which extends from the plate of the counter electrode 22 into the interior of the housing 23 perpendicular to the opening 220.
  • the ionization element 28 consists in the illustrated embodiment of an ionization electrode frame 20 to which a plurality of ionization electrodes 21 are attached.
  • the ionization electrode frame 20 has a connecting land 200 extending in the width direction of the ionization unit 2. In the height direction of the connecting web 200 is located in the middle of the height of the lonisationsgephases 23. From the connecting web 200 of a plurality of fastening webs 201 each extend upwardly and downwardly.
  • the fastening webs 201 extend perpendicularly from the connecting web 200 and each have a length which is less than half the height of the ionisationsgeophuses 23 on.
  • each of the connecting webs 200 has a length which corresponds to a quarter of the height of the ionisationsgeophuses 23.
  • an ionization electrode 21 is attached in each case.
  • the ionisation electrode 21 extends perpendicular to the fastening web 201 and perpendicular to the connecting web 200.
  • each ionization electrode 21 is directed to the front of the ionization unit 2 and runs parallel to the top and bottom of the housing 23.
  • the ionization element 28 is on the inside of the top attached to the housing 23.
  • the connecting bridge 200 is provided by insulators 24 extending downwardly from the top of the housing 23 Attached top.
  • the connecting web 200 may, for example, be clamped or locked in the free end of the insulator 24.
  • three insulators 24 are arranged distributed over the width of the housing 23.
  • the insulators 24 shown have a ribbed surface, that is to say a surface structure.
  • the shape of the ionization electrodes 21 is shown in FIG FIG. 8 shown in more detail.
  • the ionization electrode 21 has a shaft 210 at one end of which the ionization electrode 21 is fastened to the attachment web 201.
  • the ionisation electrode 21 is guided through an opening at the free end of the fastening web 201.
  • the tip 211 of the ionization electrode 21 is the tip 211 of the ionization electrode 21.
  • the tip 211 has a conical shape tapering from the shaft 210.
  • the ionization electrodes 21 attached to the attachment bars 201 extend toward the counter electrode 22. Specifically, the ionization electrodes 21 are arranged so that the tip 211 of the ionization electrode 21 extends into the opening 220 of the counter electrode 22. The tip 211 of each ionization electrode 21 lies in the middle of the circular opening 220 in the illustrated embodiment and is surrounded by the tubular projection 221.
  • FIG. 9 the principle of the ionization unit 2 is shown schematically.
  • the tip 211 of the ionisation electrode 21 lies in the middle of the length of the tubular projection 221. Between the tip 211 and the projection 211, an electric field F is formed.
  • the ionization is carried out via a positive corona discharge by means of the needle-shaped ionization electrode 21.
  • a corona discharge forms between the ionization element and the negative counterelectrode 22 when the electric field is increased ,
  • the particles in the air flowing through are charged in this ionization region and deposited in the downstream deposition unit 3 at the collecting electrodes 30, 31.
  • the ionization element 28 has to be connected to a high-voltage unit (not shown), that is, brought into contact with it.
  • the ionization element 28 for this purpose has a contact point 202, which is provided at a longitudinal end of the connecting web 200.
  • an insulation coating provided on the ionization element is recessed.
  • the pad 202 is provided on an upwardly and rearwardly bent portion of the connecting web 200 at a longitudinal end.
  • the contact 26 can thus be connected at the bottom thereof to the contact point 202 of the ionization element 28 and the ionization element 28 can thus be connected via the contact 26 to a high voltage unit (not shown).
  • a partition wall 25 is provided in the housing 23 in the illustrated embodiment.
  • the partition wall 25 is provided in parallel to a side wall of the housing 23 in the vicinity of the side wall. Between the side wall and the partition 25 thus a contact space 27 is formed.
  • a passage 250 is introduced, through which the ionization element 28 and in particular the ionization electrode frame 20 projects from the area of the housing 23 through which it flows into the contact space 27.
  • the contact 26 extends through the top of the housing 23 into the contact space 27. Moreover, there is no mechanical contact between the dividing wall 25 and the ionization electrode frame 20 at the passage 250.
  • the size of the passage 250 is greater than the cross section of the ionization electrode frame 20, in particular of the connecting web 200 of the ionization electrode frame 20, is.
  • a ribbed surface is provided, which is also referred to as a surface structure and over which the electrical creepage distance between the Ionization element 28 and the counter electrode 22 is further extended.
  • the surface structure is formed in the illustrated embodiment by two concentrically arranged pipe pieces on the passage 250.
  • a contact pad 222 is provided at the upper edge of the plate-shaped counterelectrode 22 in the vicinity of a side edge of the counter electrode 22.
  • the pad 222 on the counter electrode 22 may be connected to a contact 26 which extends through the top of the housing 23 and is accessible from the outside.
  • the contact 26 to be connected to the pad 222 of the counter electrode 22 is opposite to the contact 26 which is connected to the contact point 202 of the ionisationsettis 28, on the other side edge of the housing 23.
  • a partition wall to be provided parallel to the side wall and thus a contact space for contacting the counter electrode 22 are provided in the housing.
  • the housing 33 of the separation unit 3 and the housing 23 of the ionization unit 2 are separate housings, each consisting of a top and bottom, and two side walls.
  • the invention is not limited to the embodiment shown in FIGS.
  • other forms of the ionization element in particular the ionization electrode frame, and the counter electrode are possible. It is essential, in that the ionization electrodes are designed in the form of a needle and the tip of the ionization electrodes lie in each case in an opening of the counterelectrode.
  • the present invention has a number of advantages over the prior art.
  • the particle ionization is carried out by means of thin tungsten ionization wires with the diameter of 0.1 ⁇ d ⁇ 0.25 mm.
  • thin wires are susceptible to breakage under heavy mechanical stress and can crack.
  • an electrical insulation implement only with increased effort, because the lonisationsdraht due to the function over a whole lateral surface blank, that is to keep uninsulated.
  • special requirements are placed on the electrical insulation properties to grant the filter function.
  • ionizing wires Another disadvantage of ionizing wires is the fact that when the particles are heavily charged, the air contaminates the surface of the wire (adherence of oil particles to the surface of the wire), and the wire may harden over time when cooked vigorously.
  • sawtooth ionizers are also used in known electrostatic filter devices. However, a disadvantage of these sawtooth ionizers is the high noise development in the ionization region.
  • An advantage achieved by the present invention is that very good electrical leakage and short circuit withstand water, dirt and moisture can be achieved. This characteristic is particularly pronounced in the embodiment in which the ionization element, which preferably consists of ionization electrode frames and ionization electrodes, is completely electrically isolated, with the exception of the electrode tips and the contact point.
  • a hydrophobic coating for example a ceramic coating of the ionization element, also causes a beading and dripping of solid and liquid particles from the surface of the ionization element.
  • the electrical creepage distance is in addition extended.
  • Additional insulation elements such as ribbing on the ionization housing inner surfaces, in particular on a partition wall to a contact space, additionally contribute to an electrical tracking resistance.
  • the structure according to the invention has a robust construction in contrast to wire ionization elements. Even with heavy mechanical stress there is no danger that the ionisationselement breaks or tears.
  • the electrode tip causes a significantly higher field elevation in contrast to an ionization with the radius r> 0, which leads to significantly greater electric field strengths in the corona region with the same ionization voltage Vi and consequently favors the field charging for particles with a diameter of> 1 micron.
  • the risk of fouling and resination of the ionization electrode tip which may also be referred to as an ionization peak, is reduced as compared to wire ionization elements.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Filtereinheit für eine Lüftungsvorrichtung (5), die eine lonisationseinheit (2) mit mindestens einem lonisationselement (28) und mindestens einer Gegenelektrode (22) und eine Abscheideeinheit (3) umfasst. Die Filtereinheit (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gegenelektrode (22) mindestens eine Öffnung (220) aufweist und das lonisationselement (28) mindestens eine nadelförmige lonisationselektrode (21) mit einer Spitze (211) umfasst, die lonisationselektrode (21) senkrecht zu der Öffnung (220) der Gegenelektrode (22) steht und die Spitze (211) in der Öffnung (220) der Gegenelektrode (22) liegt. Zudem betrifft die Erfindung eine Lüftungsvorrichtung (5), die mindestens eine solche Filtereinheit aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Filtereinheit und eine Lüftungsvorrichtung mit einer solchen Filtereinheit
  • Es ist bekannt Verunreinigungen aus der Luft durch Lüftungsvorrichtungen auszufiltern. Hierbei können mechanische Filter verwendet werden, wie beispielsweise Vliesmatten, poröse Schaumstoffmedien, Streckmetallfilter oder Lochblechfilter. Bei Lüftungsvorrichtungen, die Dunstabzugshauben darstellen, die in einer Küche betrieben werden, werden dabei flüssige und feste Verunreinigungen aus den beim Kochen entstehenden Dünsten und Wrasen ausgefiltert. Als mechanische Filter werden hierbei insbesondere Streckmetallfilter, Lochblechfilter, Baffle-Filter, die auch als Wirbelstromfilter bezeichnet werden können, Randabsaugungsfilter und poröse Schaumstoffmedien verwendet.
  • Zudem ist beispielsweise aus der DE 2146288 A eine Dunstabzugshaube bekannt, bei der ein elektrostatischer Filter verwendet wird. Der elektrostatische Filter besteht bei dieser Dunstabzugshaube aus plattenförmigen Abscheide- und Gegenelektroden sowie drahtförmigen Ionisationselektroden. Die plattenförmigen Abscheideelektroden sind über elektrisch leitende Stege miteinander verbunden ebenso sind die Gegenelektroden über elektrisch leitende Stege miteinander verbunden. Die Abscheide- und Gegenelektroden sind so angeordnet, dass die in den Filter eintretende Luft zunächst die Abscheideelektroden mit dazwischen liegenden drahtförmigen lonisationselementen anströmt und anschließend zu den nach oben versetzten Gegenelektroden gelangt. Die Abscheideelektroden und Gegenelektroden sind über Trennwände, die senkrecht zu den Elektroden und parallel zueinander verlaufen, an dem Gehäuse der Dunstabzugshaube befestigt. Die Abscheideelektroden und Gegenelektroden greifen jeweils wechselweise kammartig ineinander ein. Zudem ist in dem Gehäuse der Dunstabzugshaube ein Hochspannungsgerät vorgesehen, das mit den Elektroden des Filters verbunden ist.
  • Ein Nachteil dieses elektrostatischen Filters besteht zum einen in der großen Anzahl von Teilen und dem komplexen Aufbau des Filters. Zum anderen ist bei diesem Aufbau unter anderem aufgrund der Verwendung von Draht als Ionisationselektroden die Gefahr einer Beschädigung beispielsweise durch Reißen des Drahtes oder Überschlagens der Spannung groß.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrostatische Filtereinheit zu schaffen, die zum einen sicher und zuverlässig betrieben werden kann und die zum anderen einen einfachen Aufbau aufweist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrostatische Filtereinheit für eine Lüftungsvorrichtung, die eine Ionisationseinheit mit mindestens einem lonisationselement und mindestens einer Gegenelektrode und eine Abscheideeinheit umfasst. Die Filtereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gegenelektrode mindestens eine Öffnung aufweist und das lonisationselement mindestens eine nadelförmige lonisationselektrode mit einer Spitze umfasst, die lonisationselektrode senkrecht zu der Öffnung der Gegenelektrode steht und die Spitze in der Öffnung der Gegenelektrode liegt.
  • Als Lüftungsvorrichtung wird eine Vorrichtung bezeichnet, durch die Luft aus einem Raum abgesaugt und gereinigt werden kann. Die Lüftungsvorrichtung kann eine Dunstabzugsvorrichtung beispielsweise in einer Küche darstellen. Allerdings kann die Lüftungsvorrichtung beispielsweise auch einen Mauerkasten oder eine Deckenlüftung darstellen. Die Luftströmung kann durch ein Gebläse der Lüftungsvorrichtung hervorgerufen werden.
  • Die elektrostatische Filtereinheit dient dazu, aus der Luft, die durch diese hindurch strömt, Verunreinigungen auszufiltern. Die elektrostatische Filtereinheit weist erfindungsgemäß eine Ionisationseinheit und eine Abscheideeinheit auf. Die Abscheideeinheit ist in Strömungsrichtung der Ionisationseinheit nachgeschaltet. Die Abscheideeinheit weist vorzugsweise mindestens zwei Niederschlagselektroden auf. In der Ionisationseinheit werden Partikel in der Luft aufgeladen. Durch das elektrische Feld, das sich zwischen den unterschiedlich geladenen Niederschlagselektroden aufbaut, werden die geladenen Partikel an den Niederschlagselektroden abgeschieden und so aus der Luft ausgefiltert.
  • Die Ionisationseinheit weist erfindungsgemäß mindestens ein lonisationselement und mindestens eine Gegenelektrode auf. Die Gegenelektrode der Ionisationseinheit, die insbesondere eine negative Elektrode darstellt, weist mindestens eine Öffnung auf. Vorzugsweise sind in der Gegenelektrode mehrere Öffnungen vorgesehen und das lonisationselement weist mehrere lonisationselektroden auf. Die Gegenelektrode wird daher im Folgenden vorwiegend mit mehreren Öffnungen und das lonisationselement mit mehreren lonisationselektroden beschrieben. Die Öffnungen der Gegenelektrode sind so ausgerichtet, dass deren Fläche senkrecht zu der Strömungsrichtung der Luft, die durch die Ionisationseinheit zu der Abscheideeinheit strömt, steht.
  • Das lonisationselement umfasst erfindungsgemäß mindestens eine nadelförmige lonisationselektrode mit einer Spitze. Die Anzahl der nadelförmigen lonisationselektroden entspricht vorzugsweise der Anzahl der Öffnungen. Als nadelförmige lonisationselektrode wird eine Elektrode bezeichnet, die eine sich zu einem Ende hin verjüngende Form aufweist. Vorzugsweise weist die nadelförmige lonisationselektrode einen Schaft mit gleichbleibendem Durchmesser und eine Spitze auf. Die Spitze, die auch als Elektrodenspitze bezeichnet werden kann, kann hierbei eine Kegelform aufweisen.
  • Die mindestens eine lonisationselektrode ist so angeordnet, dass diese senkrecht zu der Öffnung der Gegenelektrode steht. Somit erstreckt sich die lonisationselektrode in der Strömungsrichtung der Luft, die durch die Ionisationseinheit strömt. Zudem liegt die Spitze der lonisationselektrode in der Öffnung der Gegenelektrode. Die lonisationselektrode mit der Elektrodenspitze ist vorzugsweise koaxial in der Öffnung der negativen Gegenelektrode orientiert.
  • Richtungsangaben, wie oben, unten, vorne und hinten beziehen sich auf die Filtereinheit und deren Teile in einem in einer Lüftungsvorrichtung montierten Zustand. Als Vorderseite der Filtereinheit wird hierbei die Seite verstanden, über die Luft in die Filtereinheit eintritt. Im vorderen Bereich der Filtereinheit liegt damit die Ionisationseinheit. Als Rückseite der Filtereinheit wird die Seite der Filtereinheit bezeichnet, über die Luft aus der Abscheideeinheit austritt. Die Rückseite der Ionisationseinheit grenzt an die Vorderseite der Ionisationseinheit an. Als Tiefe der Filtereinheit, der Abscheideeinheit und der Ionisationseinheit wird jeweils der Abstand zwischen der Vorderseite und der Rückseite der jeweiligen Einheit bezeichnet. Die Filtereinheit weist vorzugsweise eine Kastenform auf, deren Breite größer als die Höhe ist. Als Breite wird daher die größere Abmessung der Filtereinheit senkrecht zu der Tiefenrichtung bezeichnet. Die Höhe liegt senkrecht zu der Breite. Als Oberseite der Filtereinheit wird eine Seite bezeichnet, deren Fläche sich in Breiten- und Tiefenrichtung erstreckt. Die weitere Seite gegenüberliegende Seite, deren Fläche sich in Breiten- und Tiefenrichtung erstreckt, wird als Unterseite bezeichnet.
  • Indem die lonisationselektrode sich senkrecht zu der Öffnung der Gegenelektrode erstreckt und damit die Längsrichtung der lonisationselektrode in der Strömungsrichtung der Luft liegt, ist die Versperrung, die durch die lonisationselektrode in dem Luftstrom erzeugt wird, minimiert. Insbesondere ist die Versperrung geringer als bei einer drahtförmigen lonisationselektrode, die im Stand der Technik in der Regel senkrecht zu der Strömungsrichtung der Luft angeordnet ist. Da zusätzlich die Spitze der lonisationselektrode in der Öffnung der Gegenelektrode liegt, bildet sich bei elektrischer Feldüberhöhung an der Spitze eine Corona-Entladung zwischen der Spitze und der Gegenelektrode aus. Die elektrische Feldüberhöhung ist aufgrund der spitzen Form der nadelförmigen lonisationselektrode deutlich höher als bei einem Ionisationsdraht. Hierdurch kann bei gleicher Ionisationsspannung bei der erfindungsgemäßen Filtereinheit ein deutlich größere elektrische Feldstärke im Corona-Bereich erzielt werden und daher die Aufladung der Partikel in der Luft begünstigt werden. Zudem setzen sich an einer Nadelspitze weniger Partikel ab als an einem Draht. Somit kann die Gefahr des Durchschlagens der Spannung von der lonisationselektrode zu der Gegenelektrode verringert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das lonisationselement eine Isolationsbeschichtung auf. Die Isolationsbeschichtung kann auch als Isolierungsbeschichtung bezeichnet werden. Das Beschichtungsmaterial weist hierbei eine geringe oder vorzugsweise keine elektrische Leitfähigkeit auf. Die Beschichtung ist vorzugsweise an dem gesamten lonisationselement vorgesehen und lediglich an der Spitze der mindestens einen lonisationselektrode und mindestens einer Kontaktstelle zum Kontaktieren des lonisationselementes mit einer Hochspannungseinheit ausgespart. Bei einer Ausführungsform, bei der das lonisationselement aus einem Ionisationselektrodenrahmen mit daran vorgesehenen Ionisationselektroden besteht, sind der Ionisationselektrodenrahmen und die Ionisationselektroden bis auf die Kontaktstelle und die Elektrodenspitzen vollständig elektrisch mittels einer isolierenden Oberflächenbeschichtung isoliert. Indem das lonisationselement somit bis auf an der oder den Spitzen und Kontaktstelle(n) mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist, kann die Ausbildung von Kriechstrecken weiter verringert werden. Bei drahtförmigen lonisationselektroden ist es funktionsbedingt erforderlich, dass diese über deren gesamte Länge blank, das heißt nicht isoliert, sind, kommt es zur Ausbildung von elektrischen Kriechstrecken. Bei der vorzugsweise vorgesehenen Isolationsbeschichtung, die die Spitze(n) der lonisationselektrode ausspart, ist eine solche Ausbildung nicht zu befürchten. Zudem hat sich gezeigt, dass die Geräuschentwicklung bei ausschließlicher Nutzung des elektrischen Feldes zwischen der Nadelspitze der lonisationselektrode und der Öffnung der Gegenelektrode für die Corona-Entladung gering ist.
  • Besonders bevorzugt stellt die Isolationsbeschichtung eine hydrophobe Beschichtung dar. Hierdurch kann zum einen das Ausbilden der elektrischen Kriechstrecke weiter unterbunden werden. Zudem kann auch das Verharzen der lonisationselektroden durch Anhaften von Partikeln, wie beispielsweise Fett, unterbunden werden.
  • Die Isolationsbeschichtung, die auch als Oberflächenisolation des lonisationselementes bezeichnet werden kann, kann beispielsweise durch eine keramische Beschichtung oder eine thermoplastische Kunststoffumspritzung erzeugt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das lonisationselement einen lonisationselektrodenrahmen auf. Der lonisationselektrodenrahmen besteht aus elektrisch leitfähigem Material. Als elektrisch leitfähiges oder elektrisch leitendes Material wird insbesondere ein festes Material bezeichnet, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die vorzugsweise bei 25°C >106 S/m beträgt. Insbesondere können als elektrisch leitendes Material Metalle oder leitfähiger Kunststoff verwendet werden. Als leitfähiger Kunststoff wird hierbei Kunststoff bezeichnet, der ein intrinsisch leitendes Polymer darstellt oder ein mit leitenden Füllstoffen versehenes Polymer ist. Als Metall kann für den lonisationselektrodenrahmen beispielsweise Aluminium verwendet werden.
  • Die mindestens eine lonisationselektrode kann an dem lonisationselektrodenrahmen angeformt oder an diesem befestigt sein. Als lonisationselektrodenrahmen wird ein Bauteil bezeichnet, das zur Halterung der Ionisationselektrode(n) dient. Vorzugsweise stellt der lonisationselektrodenrahmen ein längliches Bauteil dar, über dessen Länge lonisationselektroden senkrecht zur Länge des lonisationselektrodenrahmens angeordnet sind. Der lonisationselektrodenrahmen erstreckt sich somit vorzugsweise parallel zu der Fläche der Öffnungen der Gegenelektrode. Da der lonisationselektrodenrahmen in dieser Ausrichtung senkrecht zu der Luftströmung durch die Ionisationseinheit steht, ist deren Erstreckung in Höhenrichtung vorzugsweise gering, um die Versperrung gering zu halten. Der lonisationselektrodenrahmen weist daher vorzugsweise eine Stegform auf, wobei die Stege gleich oder geringfügig größer als der Durchmesser der lonisationselektrode sind.
  • Die Ausführungsform, bei der die mindestens eine lonisationselektrode an dem lonisationselektrodenrahmen befestigt ist, weist den Vorteil auf, dass für den lonisationselektrodenrahmen ein anderes Material verwendet werden kann, als für die eigentliche lonisationselektrode. Insbesondere kann die lonisationselektrode beispielsweise aus Wolfram gefertigt sein, während der lonisationselektrodenrahmen aus einem anderen Metall oder elektrisch leitfähigem Kunststoff bestehen kann.
  • Indem ein lonisationselektrodenrahmen vorgesehen ist, wird der Gesamtaufbau der Filtereinheit vereinfacht. Insbesondere ist ein separates Kontaktieren der in den lonisationselektrodenrahmen integrierten oder an dieser befestigten lonisationselektroden nicht erforderlich. Vielmehr kann der Ionisationselektrodenrahmen, der aus leitfähigem Material besteht, mit der Hochspannungseinheit verbunden, das heißt an diese angeschlossen werden.
  • Die Gegenelektrode der Ionisationseinheit stellt vorzugsweise eine Plattenform dar. In der Platte können die Öffnungen eingebracht oder eingeformt sein, in denen die Ionisationselektroden, insbesondere die Spitzen der nadelförmigen lonisationselektroden angeordnet werden. An der oder den Öffnung(en) kann jeweils ein rohrförmiger Überstand gebildet sein. Hierdurch wird die Fläche der Gegenelektrode, die die Spitze der lonisationselektrode umgibt, vergrößert, ohne dass die Wanddicke der Gegenelektrode vergrößert werden muss. Der rohrförmige Überstand beziehungsweise die rohrförmigen Überstände sind vorzugsweise einteilig mit der Platte der Gegenelektrode ausgebildet.
  • Die mindestens eine Öffnung in der Gegenelektrode kann unterschiedliche Geometrein aufweisen, insbesondere kann die Öffnung einen runden oder hexagonalen Querschnitt aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Öffnungen einen viereckigen Querschnitt aufweisen. Durch geeignete gegenseitige Ausrichtung der Öffnungen zueinander kann zum einen das Gewicht der Gegenelektrode minimiert werden und zum anderen die Versperrung der Luft gering gehalten werden. Hierzu können zwischen den Öffnungen in der Gegenelektrode lediglich dünne Materialstege vorliegen. Die Öffnungen mit den mittig angeordneten lonisationselektroden können somit zueinander angeordnet versetzt sein.
  • Die Filtereinheit wird auch als Filtermodul bezeichnet. Die Filtereinheit stellt vorzugsweise eine aus der Lüftungsvorrichtung entnehmbare, portable Filtereinheit dar, die vorzugsweise vormontiert ist. Als vormontiert wird eine Filtereinheit bezeichnet, die als eine Baueinheit in die Lüftungsvorrichtung eingesetzt und aus diesem in einer Einheit entnommen werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ionisationseinheit ein Gehäuse auf, in dem zumindest das lonisationselement aufgenommen ist. Das Gehäuse weist vorzugsweise eine Kastenform auf, die nach vorne und hinten offen ist. Das Gehäuse kann daher auch als Rahmen bezeichnet werden. Das lonisationselement besteht vorzugsweise aus einem lonisationselektrodenrahmen und der mindestens einen lonisationselektrode. In dem Gehäuse sind hierbei vorzugsweise die mindestens eine lonisationselektrode und der lonisationselektrodenrahmen aufgenommen. Zudem ist in dem Gehäuse zusätzlich auch die Gegenelektrode vorzugsweise zumindest teilweise aufgenommen. Die Gegenelektrode kann hierbei beispielsweise an der Vorderseite des Gehäuses aufgenommen sein und somit die Vorderseite der Ionisationseinheit bilden. Zusätzlich kann das Gehäuse ein Schutzgitter aufweisen, das in Strömungsrichtung vor der Gegenelektrode angeordnet ist.
  • Als Vorderseite des Gehäuses wird die Seite bezeichnet, über die Luft in die Ionisationseinheit eintritt und die der Abscheideeinheit abgewandt ist. Als Rückseite wird die Seite bezeichnet, an der die Luft aus der Ionisationseinheit austritt und die der Abscheideeinheit zugewandt ist.
  • Die Abscheideeinheit und die Ionisationseinheit können in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sein. Das Gehäuse der Ionisationseinheit kann aber auch zu einem Abscheidegehäuse der Abscheideeinheit separat ausgestaltet sein und kann mit dem Abscheidegehäuse verbunden werden. Als Abscheidegehäuse wird hierbei das Gehäuse der Abscheideeinheit bezeichnet, in dem die Niederschlagselektroden aufgenommen sind. Bei der Ausführungsform, bei der das lonisationsgehäuse mit dem Abscheidegehäuse verbunden ist, kann dieses insbesondere von dem Abscheidegehäuse abgenommen werden.
  • Das Gehäuse der Ionisationseinheit, das auch als lonisationsgehäuse bezeichnet werden kann, besteht aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff. Beispielsweise kann das lonisationsgehäuse aus PBT (Polybutylenterephtalat) bestehen. Das lonisationsgehäuse kann einteilig oder mehrteilig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das lonisationsgehäuse aus einem Oberteil und einem Unterteil bestehen. Das lonisationsgehäuse ist an dessen Vorderseite und Rückseite offen und gegebenenfalls an der Vorderseite durch ein Schutzgitter verschlossen. Das Schutzgitter ist dabei so ausgestaltet, dass dieses den Luftstrom in das lonisationsgehäuse möglich wenig behindert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das lonisationselement mittels mindestens eines Isolators an dem Gehäuse befestigt. Besonders bevorzugt ist hierbei der lonisationselektrodenrahmen an dem Gehäuse befestigt. Der lonisationselektrodenrahmen kann beispielsweise an der Innenseite der Oberseite des Gehäuses an diesem befestigt sein. Der Isolator oder die Isolatoren bestehen aus elektrisch isolierendem Werkstoff. Insbesondere können die Isolatoren beispielsweise aus Keramik oder elektrisch isolierenden Kunststoff bestehen. Insbesondere bei der Ausführungsform, bei der das lonisationsgehäuse aus elektrisch isolierendem Kunststoff besteht, kann der oder können die Isolatoren mit dem Gehäuse einteilig hergestellt sein. Beispielsweise kann das Gehäuse mit Isolator(en) durch Spritzgießen hergestellt sein. Über den oder die Isolatoren kann das lonisationselement in dem Innenraum des lonisationsgehäuses in einer vorgegebenen Position relativ zu der Gegenelektrode gehalten werden.
  • Besonders bevorzugt weist der mindestens eine Isolator eine gerippte Oberfläche auf, die auch als Oberflächenstruktur bezeichnet werden kann. Hierdurch wird die elektrische lonisationskriechstrecke zwischen dem unter elektrischer Spannung stehenden lonisationselement und der negativen Gegenelektrode vergrößert.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist in dem Gehäuse der Ionisationseinheit eine Trennwand eingebracht, die einen Kontaktraum zu dem Teil des Gehäuses abgrenzt, in dem die mindestens eine lonisationselektrode angeordnet ist. Das Teil des Gehäuses, in dem die mindestens eine lonisationselektrode angeordnet ist, wird auch als strömungsführender lonisationsbereich bezeichnet, da durch diesen Bereich der Luftstrom geführt wird, aus dem die Partikel ausgefiltert werden sollen. In dem Kontaktraum kann das lonisationselement und insbesondere der lonisationselektrodenrahmen mit der Hochspannungseinheit verbunden werden. Bei der Ausführungsform, bei eine Trennwand vorgesehen ist, ist die elektrische Kontaktierung des lonisationselektrodenrahmens durch die Trennwand zum strömungsführenden lonisationsbereich abgetrennt. Zwischen der Trennwand und dem lonisationselektrodenrahmen besteht vorzugsweise kein mechanischer Kontakt. Zu diesem Zweck kann die Trennwand einen Durchlass aufweisen, durch den der lonisationselektrodenrahmen berührungslos hindurch ragt. Durch konstruktive Isolationselemente wie Verrippungen an der Trennwand wird die elektrische Kriechstrecke in diesem Bereich zwischen dem lonisationselektrodenrahmen und der negativen Gegenelektrode ebenfalls verlängert. Die elektrische Kontaktierung zwischen der Hochspannungsversorgung und dem lonisationselektrodenrahmen kann sowohl an der Gehäuseoberfläche des Filtermoduls als auch in dem Kontaktraum, der durch die Trennwand gebildet wird, erfolgen.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der lonisationselektrodenrahmen einen Verbindungssteg und mindestens zwei davon abzweigenden Befestigungsstege auf. An den Befestigungsstegen kann jeweils mindestens eine lonisationselektrode ausgebildet sein oder befestigt werden. Die lonisationselektrode erstreckt sich dabei vorzugsweise senkrecht zu dem Befestigungssteg. Der Verbindungssteg kann sich beispielsweise in der Breitenrichtung der Ionisationseinheit erstrecken. Die Befestigungsstege können von dem Verbindungssteg beispielsweise nach oben und unten abstehen, insbesondere senkrecht nach oben und unten abstehen. Durch eine solche Form des Ionisationselektrodenrahmens, die eine Doppelkammform darstellt, kann eine Vielzahl von lonisationselektroden in entsprechende Öffnungen in der Gegenelektrode gebracht werden und dennoch über den lonisationselektrodenrahmen sicher gehalten werden. Der lonisationselektrodenrahmen ist vorzugsweise einteilig ausgebildet, um eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten. Bei der Ausführungsform des lonisationselektrodenrahmens mit Verbindungssteg und Befestigungsstegen, kann der lonisationselektrodenrahmen beispielsweise durch Einrasten des Verbindungssteges an einem Ende von Isolatoren, die an der Innenseite des lonisationsgehäuses oben angebracht sind, befestigt werden. Die lonisationselektroden erstecken sich in dem eingebrachten Zustand in dem Gehäuse zu der Vorderseite des Gehäuses hin. Dadurch kann ein Versperren der Spitze der lonisationselektrode durch den Befestigungssteg, an dem die lonisationselektrode befestigt ist, verhindert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Lüftungsvorrichtung, die mindestens eine erfindungsgemäße elektrostatische Filtereinheit umfasst.
  • Vorteile und Merkmale, die bezüglich der elektrostatischen Filtereinheit beschrieben werden, gelten - soweit anwendbar - auch für die Lüftungsvorrichtung und umgekehrt.
  • Die elektrostatische Filtereinheit kann an der Lüftungsvorrichtung vorzugsweise in der Ansaugöffnung angeordnet sein. Alternativ kann die elektrostatische Filtereinheit auch in Strömungsrichtung nach der Ansaugöffnung der Lüftungsvorrichtung in dieser eingebaut sein. Die elektrostatische Filtereinheit ist so in die Lüftungsvorrichtung eingebaut, dass anströmende Luft zuerst durch die Ionisationseinheit strömt, bevor diese die Abscheideeinheit erreicht.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen erneut erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1: eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lüftungsvorrichtung;
    • Figur 2: eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Filtereinheit;
    • Figur 3: eine schematische Schnittansicht der ersten Ausführungsform der Filtereinheit;
    • Figur 4: eine schematische Perspektivansicht der Ionisationseinheit der ersten Ausführungsform der Filtereinheit;
    • Figur 5: eine schematische Rückansicht der Ionisationseinheit der ersten Ausführungsform der Filtereinheit;
    • Figur 6: eine schematische Detailansicht eines Teils der Ionisationseinheit aus Figur 5;
    • Figur 7: eine schematische perspektivische Rückansicht der Ionisationseinheit aus Figur 5 ohne Gehäuse;
    • Figur 8: eine schematische Perspektivansicht eines Teils eines lonisationselementes der ersten Ausführungsform der Filtereinheit; und
    • Figur 9: eine schematische Prinzipskizze der Ionisationseinheit.
  • In Figur 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lüftungsvorrichtung 5 gezeigt, die eine Dunstabzugshaube in Form einer Deckenlüftung darstellt. Die Lüftungsvorrichtung 5 weist in der dargestellten Ausführungsform ein Lüftungsgehäuse 50 und eine unterhalb, das heißt in Strömungsrichtung vor der Unterseite des Lüftungsgehäuses 50, liegende Prallplatte 51 auf. Zwischen der Unterseite des Lüftungsgehäuses 50 und der Prallplatte 51 ist dabei eine Ansaugöffnung 52 gebildet, die auch als Absaugspalt bezeichnet werden kann. In der Ansaugöffnung 52 sind mehrere Filtereinheiten 1 eingebracht. In der dargestellten Ansicht sind über die Breite der Lüftungsvorrichtung 5 zwei und über die Tiefe der Lüftungsvorrichtung 5 eine Filtereinheit 1 eingebracht. Die Lüftungsvorrichtung 5 ist oberhalb eines Kochfeldes 6 angebracht und kann beispielsweise in der Raumdecke (nicht gezeigt) aufgenommen sein, wobei zumindest die Ansaugöffnung 52 zumindest zeitweise unterhalb der Raumdecke liegt. Von den Filtereinheiten 1 sind in der Figur 1 nur die Schutzgitter 10, an den Vorderseiten der Filtereinheiten 1 angebracht sind, zu erkennen.
  • In Figur 2 ist eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtereinheit 1 gezeigt. Die Filtereinheit 1 besteht aus einer Ionisationseinheit 2 und einer Abscheideeinheit 3. Die Ionisationseinheit 2 wird im Betrieb von vorne von Luft angeströmt. Die Strömungsrichtung ist in der Figur 2 durch den Pfeil S angedeutet. Die Abscheideeinheit 3 schließt sich in Strömungsrichtung nach der Ionisationseinheit 2 an. Die Abscheideeinheit 3 weist in der dargestellten Ausführungsform ein Gehäuse 33 auf. Auch die Ionisationseinheit 2 weist in der dargestellten Ausführungsform ein Gehäuse 23 auf. Die Gehäuse 33, 23 stellen jeweils nach vorne und hinten offene rechteckige Rahmen dar. In der Abscheideeinheit 3 sind Niederschlagelektroden 30, 31 alternierend angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform sind die Niederschlagselektroden 30, 31 plattenförmig ausgestaltet und parallel zueinander angeordnet. Die Niederschlagselektroden 30, 31 erstrecken sich zwischen der Vorderseite der Abscheideeinheit 3 und der Rückseite der Abscheideeinheit 3. Die Niederschlagelektroden 30, 31 erstrecken sich über die gesamte Breite der Abscheideeinheit 3. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass die Abscheideeinheit 3 anders ausgestaltet ist, beispielsweise, dass die Niederschlagselektroden 30, 31 senkrecht zu der Oberseite und der Unterseite des Gehäuses 33 verlaufen und in Breitenrichtung der Abscheideeinheit parallel zueinander angeordnet sind.
  • Die Ionisationseinheit 2 umfasst in der dargestellten Ausführungsform ein lonisationselement 28 sowie eine Gegenelektrode 22. Die Gegenelektrode 22 weist eine Plattenform auf. Die Gegenelektrode 22 deckt die Vorderseite des Gehäuses 23 der Ionisationseinheit 2 ab. In der Gegenelektrode 22 sind Öffnungen 220 vorgesehen, die in der dargestellten Ausführungsform eine runde Form aufweisen. Die Öffnungen 220 sind in zwei übereinander liegenden Reihen in die Gegenelektrode 22 eingebracht. An jeder Öffnung 220 ist ein ringförmiger Überstand 221 vorgesehen, der sich von der Platte der Gegenelektrode 22 in das Innere des Gehäuses 23 senkrecht zu der Öffnung 220 erstreckt.
  • Das lonisationselement 28 wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 7 genauer beschrieben. Das lonisationselement 28 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einem lonisationselektrodenrahmen 20, an dem mehrere lonisationselektroden 21 befestigt sind. Der lonisationselektrodenrahmen 20 weist einen Verbindungssteg 200 auf, der sich in Breitenrichtung der Ionisationseinheit 2 erstreckt. In Höhenrichtung liegt der Verbindungssteg 200 in der Mitte der Höhe des lonisationsgehäuses 23. Von dem Verbindungssteg 200 aus erstrecken sich mehrere Befestigungsstege 201 jeweils nach oben und nach unten. Die Befestigungsstege 201 erstrecken sich senkrecht von dem Verbindungssteg 200 aus und weisen jeweils eine Länge auf, die geringer ist, als die Hälfte der Höhe des lonisationsgehäuses 23 auf. Insbesondere weist jeder der Verbindungsstege 200 eine Länge auf, die einem Viertel der Höhe des lonisationsgehäuses 23 entspricht. An dem freien Ende eines jeden der Befestigungsstege 201 ist jeweils eine lonisationselektrode 21 befestigt. Die lonisationselektrode 21 erstreckt sich senkrecht zu dem Befestigungssteg 201 und senkrecht zu dem Verbindungssteg 200. Insbesondere ist jede lonisationselektrode 21 zu der Vorderseite der Ionisationseinheit 2 gerichtet und verläuft parallel zu der Oberseite und Unterseite des Gehäuses 23. Das lonisationselement 28 ist an der Innenseite der Oberseite des Gehäuses 23 befestigt. Insbesondere ist der Verbindungssteg 200 über Isolatoren 24, die sich von der Oberseite des Gehäuses 23 nach unten erstrecken an der Oberseite befestigt. Der Verbindungsteg 200 kann beispielsweise in das freie Ende des Isolators 24 geklemmt oder verrastet sein. In der dargestellten Ausführungsform sind drei Isolatoren 24 über die Breite des Gehäuses 23 verteilt angeordnet. Zudem weisen die gezeigten Isolatoren 24 eine gerippte Oberfläche, das heißt eine Oberflächenstruktur auf.
  • Die Form der lonisationselektroden 21 ist in Figur 8 genauer gezeigt. Insbesondere weist die lonisationselektrode 21 einen Schaft 210 auf, an dessen einen Ende die lonisationselektrode 21 an dem Befestigungssteg 201 befestigt ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die lonisationselektrode 21 durch eine Öffnung am freien Ende des Befestigungssteges 201 hindurch geführt. An dem gegenüberliegenden Ende des Schaftes 210 liegt die Spitze 211 der lonisationselektrode 21. Die Spitze 211 weist eine Kegelform auf, die sich von dem Schaft 210 aus verjüngt.
  • Die lonisationselektroden 21, die an den Befestigungsstegen 201 befestigt sind, erstrecken sich in Richtung der Gegenelektrode 22. Insbesondere sind die lonisationselektroden 21 so angeordnet, dass die Spitze 211 der lonisationselektrode 21 in die Öffnung 220 der Gegenelektrode 22 erstreckt. Die Spitze 211 jeder lonisationselektrode 21 liegt in der dargestellten Ausführungsform in der Mitte der kreisförmigen Öffnung 220 und wird von dem rohrförmigen Überstand 221 umgeben.
  • In Figur 9 ist das Prinzip der Ionisationseinheit 2 schematisch gezeigt. Insbesondere ist hier gezeigt, dass die Spitze 211 der lonisationselektrode 21 in der Mitte der Länge des rohrförmigen Überstandes 221 liegt. Zwischen der Spitze 211 und dem Überstand 211 bildet sich ein elektrisches Feld F aus. Insbesondere erfolgt das Ionisieren über eine positive Corona-Entladung mittels der nadelförmigen lonisationselektrode 21. An der Spitze 211 der lonisationselektrode 21, die auch als Nadelspitze bezeichnet werden kann, bildet sich bei elektrischer Feldüberhöhung eine Corona-Entladung zwischen dem lonisationselement und der negativen Gegenelektrode 22 aus. Die Partikel in der durchströmenden Luft werden in diesem lonisationsbereich aufgeladen und in der nachgeschalteten Abscheideeinheit 3 an den Niederschlagselektroden 30, 31 abgeschieden.
  • Zur Beaufschlagung des Ionisationselementes 28 mit der erforderlichen Spannung muss das Ionisationselement 28 mit einer Hochspannungseinheit (nicht gezeigt) verbunden werden, das heißt mit dieser in Kontakt gebracht werden. In der dargestellten Ausführungsform weist das lonisationselement 28 hierzu eine Kontaktstelle 202 auf, die an einem Längsende des Verbindungssteges 200 vorgesehen ist. An der Kontaktstelle 202 ist eine Isolationsbeschichtung, die auf dem lonisationselement vorgesehen ist, ausgespart. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kontaktstelle 202 an einem nach oben und nach hinten gebogenen Teil des Verbindungssteges 200 an einem Längsende vorgesehen. Durch diesen Abbug wird das freie Ende des Verbindungssteges 200 in die Nähe der Oberseite des Gehäuses 23 gebracht und dort kann die Kontaktierung vorgenommen werden. Wie sich aus Figur 5 ergibt ist in der Oberseite des Gehäuses 23 ein Durchlass für einen Kontakt 26, der sich nach oben über die Oberseite des Gehäuses 23 hinaus erstreckt, vorgesehen. Der Kontakt 26 kann somit an dessen Unterseite mit der Kontaktstelle 202 des lonisationselementes 28 verbunden werden und das lonisationselement 28 somit über den Kontakt 26 an eine Hochspannungseinheit (nicht gezeigt) angeschlossen werden.
  • Da die Kontaktstelle 202 vorzugsweise vor einem unmittelbaren Anströmen von Luft und damit auch von Partikeln geschützt werden sollte, ist in der dargestellten Ausführungsform eine Trennwand 25 in dem Gehäuse 23 vorgesehen. Die Trennwand 25 ist parallel zu einer Seitenwand des Gehäuses 23 in der Nähe der Seitenwand vorgesehen. Zwischen der Seitenwand und der Trennwand 25 ist somit ein Kontaktraum 27 gebildet. In der Trennwand 25 ist ein Durchlass 250 eingebracht, durch den das lonisationselement 28 und insbesondere der lonisationselektrodenrahmen 20 von dem durchströmten Bereich des Gehäuses 23 aus in den Kontaktraum 27 hindurchragt. Der Kontakt 26 reicht durch die Oberseite des Gehäuses 23 in den Kontaktraum 27 hinein. Zudem liegt der Abbug des Verbindungssteges 200 des lonisationselektrodenrahmens 20 in dem Kontaktraum 27. An dem Durchlass 250 besteht kein mechanischer Kontakt zwischen der Trennwand 25 und dem lonisationselektrodenrahmen 20. Dies bedeutet, dass die Größe des Durchlasses 250 größer als der Querschnitt des lonisationselektrodenrahmens 20, insbesondere des Verbindungssteges 200 des lonisationselektrodenrahmens 20, ist. Zudem ist an dem Durchlass 250 eine gerippte Oberfläche vorgesehen, die auch als Oberflächenstruktur bezeichnet wird und über die die elektrische Kriechstrecke zwischen dem Ionisationselement 28 und der Gegenelektrode 22 weiter verlängert wird. Die Oberflächenstruktur ist in der dargestellten Ausführungsform durch zwei konzentrisch angeordnete Rohrstücke an dem Durchlass 250 gebildet.
  • Zum Kontaktieren der Gegenelektrode 22 mit einer Hochspannungseinheit ist in der dargestellten Ausführungsform eine Kontaktstelle 222 an der oberen Kante der plattenförmigen Gegenelektrode 22 in der Nähe eines Seitenrandes der Gegenelektrode 22 vorgesehen. Der Seitenrand, in dessen Nähe die Kontaktstelle 222 liegt, ist dem Seitenrand der Gegenelektrode 22 abgewandt, an dem die Kontaktstelle 202 des lonisationselementes 28 hinter der Gegenelektrode 22 liegt. Die Kontaktstelle 222 an der Gegenelektrode 22 kann mit einem Kontakt 26 verbunden werden, der sich durch die Oberseite des Gehäuses 23 erstreckt und von außen zugänglich ist. Der Kontakt 26, der mit der Kontaktstelle 222 der Gegenelektrode 22 verbunden werden soll, liegt gegenüber dem Kontakt 26, der mit der Kontaktstelle 202 des lonisationselementes 28, verbunden ist, an dem anderen Seitenrand des Gehäuses 23. Obwohl nicht dargestellt kann auch in der Nähe der Seitenwand des Gehäuses 23, die in der Nähe der Kontaktstelle 222 der Gegenelektrode 22 liegt, eine Trennwand parallel zu der Seitenwand vorgesehen sein und somit ein Kontaktraum zum Kontaktieren der Gegenelektrode 22 in dem Gehäuse geschaffen werden.
  • In der dargestellten Ausführungsform sind das Gehäuse 33 der Abscheideeinheit 3 und das Gehäuse 23 der Ionisationseinheit 2 separate Gehäuse, die jeweils aus einer Oberseite und Unterseite, sowie zwei Seitenwänden bestehen. Zur Verbindung der Gehäuse, insbesondere zum lösbaren Anbringen des lonisationsgehäuses 23 an dem Abscheidegehäuse 33 sind an dem lonisationsgehäuse 23 Rastarme 230 vorgesehen, die sich über die Rückseite des lonisationsgehäuses 23 nach hinten erstrecken. Diese sind insbesondere in den Figuren 2 und 4 zu erkennen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in Figuren gezeigte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere sind auch andere Formen des Ionisationselementes, insbesondere des Ionisationselektrodenrahmens, und der Gegenelektrode möglich. Wesentlich ist aber, dass die Ionisationselektroden nadelförmig ausgestaltet sind und die Spitze der lonisationselektroden jeweils in einer Öffnung der Gegenelektrode liegen.
  • Die vorliegende Erfindung weist einer Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik auf. Bei vielen bekannten elektrostatischen Filtereinrichtungen erfolgt die Partikel-Ionisation mittels dünnen Wolfram-Ionisationsdrähten mit dem Durchmesser von 0,1 < d < 0,25mm. Jedoch sind dünne Drähte bruchanfällig bei starker mechanischer Beanspruchung und können reißen. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass eine elektrische Isolation nur mit erhöhtem Aufwand umzusetzen, weil der lonisationsdraht funktionsbedingt über einer gesamten Mantelfläche blank, das heißt unisoliert gehalten werden muss. Speziell beim Kochen können sehr große Mengen an Wasser im Inneren des Dunstabzuges sowie im Inneren der Filtermodule auskondensieren und es können sich folglich elektrische Kriechstrecken ausbilden. Hier werden besondere Anforderungen an die elektrischen Isolationseigenschaften zur Gewährung der Filterfunktion gestellt. Ein weiterer Nachteil von lonisationsdrähten ist die Tatsache, dass bei starker Partikelladung der Luft die Drahtoberfläche kontaminiert (Anhaften von Ölpartikeln an der Drahtoberfläche) und der Draht bei starkem Kochbetrieb über der Zeit verharzen kann. Neben dünnen Drahtionisationselementen finden bei bekannten elektrostatischen Filtereinrichtungen auch Sägezahnionisatoren Anwendung. Ein Nachteil dieser Sägezahnionisatoren ist jedoch die hohe Geräuschentwicklung im lonisationsbereich.
  • Ein Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung erzielt wird, ist, dass eine sehr gute elektrische Kriechstrom- und Kurzschlussfestigkeit bei Wasser-, Schmutz und Feuchtigkeitseinfluß erreicht werden kann. Diese Eigenschaft ist insbesondere bei der Ausführungsform, bei der das Ionisationselement, das vorzugsweise aus lonisationselektrodenrahmen und lonisationselektroden besteht, mit Ausnahme der Elektrodenspitzen und der Kontaktstelle vollständig elektrisch isoliert ist, ausgeprägt. Eine hydrophobe Beschichtung beispielsweise eine Keramikbeschichtung des lonisationselementes bewirkt zudem ein Abperlen und Abtropfen von festen und flüssigen Partikeln von der Oberfläche des Ionisationselementes.
  • Durch eine gerippt gestaltete Oberflächenstruktur der Isolatoren, an welchen das lonisationselement befestigt werden kann, wird die elektrische Kriechstrecke zusätzlich verlängert. Zusätzliche Isolationselemente wie Verrippungen an den Ionisationsgehäuse-Innenflächen, insbesondere an einer Trennwand zu einem Kontaktraum, tragen zusätzlich zu einer elektrischen Kriechstromfestigkeit bei.
  • Zudem weist der erfindungsgemäße Aufbau eine robuste Bauweise im Gegensatz zu Draht-Ionisationselementen auf. Auch bei starker mechanische Beanspruchung besteht keine Gefahr, dass das lonisationselement bricht oder reißt.
  • Weiterhin bewirkt die Elektrodenspitze eine deutlich höhere Feldüberhöhung im Gegensatz zu einem lonisationsdraht mit dem Radius r > 0, was bei gleicher Ionisationsspannung Vi zu deutlich größeren elektrischen Feldstärken im Corona-Bereich führt und folglich die Feldaufladung bei Partikeln mit einem Durchmesser von > 1 µm begünstigt.
  • Schließlich ist die Gefahr von Verschmutzung und Verharzen der Spitze der lonisationselektrode, die auch als lonisationsspitze bezeichnet werden kann, im Vergleich zu Drahtionisationselementen gemindert.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Filtereinheit
    10
    Schutzgitter
    2
    Ionisationseinheit
    20
    Ionisationselektrodenrahmen
    200
    Verbindungssteg
    201
    Befestigungssteg
    202
    Kontaktstelle
    21
    lonisationselektrode
    210
    Schaft
    211
    Spitze
    22
    Gegenelektrode
    220
    Öffnung
    221
    Überstand
    222
    Kontaktstelle
    23
    Gehäuse
    230
    Rastarm
    24
    Isolator
    25
    Trennwand
    250
    Durchlass
    26
    Kontakt
    27
    Kontaktraum
    28
    lonisationselement
    3
    Abscheideeinheit
    30
    Abscheideelektrode
    31
    Gegenelektrode
    32
    Kontakt
    33
    Gehäuse
    4
    Kontaktraum
    5
    Lüftungsvorrichtung
    50
    Lüftungsgehäuse
    51
    Prallplatte
    52
    Ansaugöffnung
    6
    Kochfeld
    S
    Strömungsrichtung
    F
    elektrisches Feld

Claims (12)

  1. Elektrostatische Filtereinheit für eine Lüftungsvorrichtung (5), die eine Ionisationseinheit (2) mit mindestens einem lonisationselement (28) und mindestens einer Gegenelektrode (22) und eine Abscheideeinheit (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gegenelektrode (22) mindestens eine Öffnung (220) aufweist und das lonisationselement (28) mindestens eine nadelförmige lonisationselektrode (21) mit einer Spitze (211) umfasst, die lonisationselektrode (21) senkrecht zu der Öffnung (220) der Gegenelektrode (22) steht und die Spitze (211) in der Öffnung (220) der Gegenelektrode (22) liegt.
  2. Elektrostatische Filtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lonisationselement (28) eine Isolationsbeschichtung aufweist, die vorzugsweise eine hydrophobe Beschichtung darstellt, und die Beschichtung an der Spitze (211) der mindestens einen lonisationselektrode (21) und mindestens einer Kontaktstelle (202) des lonisationselementes (28) ausgespart ist.
  3. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lonisationselement (28) einen lonisationselektrodenrahmen (20), der aus elektrisch leitfähigem Material besteht, aufweist, an dem die mindestens eine lonisationselektrode (21) befestigt ist.
  4. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionisationseinheit (2) ein Gehäuse (23) aufweist, in dem zumindest das lonisationselement (28) aufgenommen ist.
  5. Elektrostatische Filtereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das lonisationselement (28) mittels mindestens eines Isolators (24) an dem Gehäuse (23) befestigt ist und der mindestens eine Isolator (24) eine gerippte Oberfläche aufweist.
  6. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Gehäuses (23) zumindest bereichsweise eine gerippte Oberfläche aufweist.
  7. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (22) eine Plattenform aufweist und an der mindestens einen Öffnung (220) ein rohrförmiger Überstand (331) gebildet ist.
  8. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (220) in der Gegenelektrode (22) einen runden oder hexagonalen Querschnitt aufweist.
  9. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (23) der Ionisationseinheit (2) zu einem Abscheidegehäuse (33) der Abscheideeinheit (3) separat ausgestaltet ist und mit dem Abscheidegehäuse (33) verbunden werden kann.
  10. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (23) der Ionisationseinheit (2) eine Trennwand (25) eingebracht ist, die einen Kontaktraum (27) zu dem Teil des Gehäuses (23) abgrenzt, in dem die mindestens eine lonisationselektrode (21) angeordnet ist.
  11. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der lonisationselektrodenrahmen (20) einen Verbindungssteg (200) und mindestens zwei davon abzweigenden Befestigungsstege (201) aufweist.
  12. Luftführungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest eine elektrostatische Filtereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
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