EP3934811A1 - Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung - Google Patents

Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung

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EP3934811A1
EP3934811A1 EP20709518.3A EP20709518A EP3934811A1 EP 3934811 A1 EP3934811 A1 EP 3934811A1 EP 20709518 A EP20709518 A EP 20709518A EP 3934811 A1 EP3934811 A1 EP 3934811A1
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EP
European Patent Office
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air
electrodes
filter unit
collecting electrodes
electrostatic filter
Prior art date
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EP20709518.3A
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English (en)
French (fr)
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Georg Hepperle
Daniel Vollmar
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BSH Hausgeraete GmbH
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BSH Hausgeraete GmbH
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    • B03C2201/10—Ionising electrode with two or more serrated ends or sides

Definitions

  • Electrostatic filter unit for air cleaning device
  • the invention relates to an electrostatic filter unit for an air cleaning device, in particular an extractor hood, and an air cleaning device with at least one electrostatic filter unit.
  • Air purification devices can be, for example, air purifiers for filtering room air, devices for filtering air sucked into a passenger cabin in the automotive sector, or fume hoods for kitchens, which are, for example, fume hoods. In these air cleaning devices, it is known to filter out liquid and solid contaminants and odors from the contaminated air or from the vapors and vapors produced during cooking.
  • Mechanical filters are mostly used for this. For example, 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. All of these mentioned filter media filter according to mechanical separation mechanisms such as the diffusion effect, barrier effect and, most importantly, the inertia effect.
  • a disadvantage of these filter units is that, in particular, a high flow rate has to be achieved in order to ensure adequate filter efficiency even with smaller particles.
  • an extractor hood in which an electrostatic filter unit is used.
  • the electrostatic filter unit of this extractor hood consists of plate-shaped separation and counter electrodes as well as wire-shaped ionization electrodes.
  • the plate-shaped separator and counter electrodes are connected to one another via electrically conductive webs and are arranged so that the air entering the filter element first flows against the separator electrodes with wire-shaped ionization elements in between and then reaches the counter-electrodes that are offset upwards.
  • the separation electrodes are attached to the Housing of the cooker hood attached.
  • a high-voltage device is provided in the housing of the extractor hood, which is connected to the electrodes of the filter unit.
  • a disadvantage of this filter unit is that it takes up a large amount of space.
  • the invention is therefore based on the object of creating a solution by means of which a sufficient filter efficiency can be reliably ensured with a simple structure.
  • an electrostatic filter unit for an air cleaning device which comprises an ionization unit and a separation unit with at least one live precipitation electrode and a grounded precipitation electrode.
  • the filter unit is characterized in that the at least two precipitation electrodes are air-permeable.
  • the electrostatic filter unit is also referred to below as a filter unit or as an electrostatic filter.
  • the filter unit has an ionization unit and a separation unit.
  • the ionization unit can also be referred to as the ionization area and the separation unit as the separation area.
  • the separation unit is connected downstream of the ionization unit in the direction of flow.
  • the ionization unit preferably has at least one ionization electrode and at least one counter electrode. Voltage, preferably high voltage, is applied to the ionization electrode.
  • a spray electrode by means of a corona discharge.
  • the ionization electrode which can represent a wire ionization electrode, is preferably arranged in the ionization unit between two plate-shaped counter-electrodes. This is necessary because, in their original state, the particles usually have no electrical charge or an electrical charge that is insufficient for efficient electrostatic separation.
  • the aim of the ionization unit is the electrical particle charging of each individual particle up to a maximum electrical saturation charge.
  • the separation unit comprises at least two collecting electrodes, of which at least one is a live collecting electrode and at least one is a grounded collecting electrode.
  • the at least two collecting electrodes are preferably arranged parallel to one another.
  • the at least one live collecting electrode is under electrical high voltage.
  • the grounded precipitation electrode is connected to ground or a protective conductor (PE Protective Earth).
  • the collecting electrodes thus build up an electrical field to one another.
  • the level or the amount of the electric field strength is largely dependent on the electrical potential, i.e. on the amount of the voltage in kV, the distance between the live and earthed collecting electrodes and the geometric shape of the collecting electrodes.
  • the filter unit is characterized in that the collecting electrodes are air-permeable.
  • the air flow can not only flow along the collecting electrodes, as in the prior art, but can flow through them. Due to the air permeability of the collecting electrodes, they can serve as mechanical filters. Since the separation unit is located downstream of the ionization unit in the direction of flow, the particles contained in the air enter the separation unit in an electrically charged state. The particles are thus deposited on the collecting electrodes both by the mechanical filter effects and by the electrical charge, that is to say achieved by the electrostatic filter effect.
  • the filter efficiency of classic electrostatic filters is significantly dependent on the amount of electrical ionization and separation voltage. If the electronic high-voltage component fails (voltage failure) or if it fails due to a short circuit, the filter capacity is no longer available. In the present invention, however, the mechanical filter mechanisms or filter effects are retained. A total failure of the overall filter performance does not occur.
  • particles can at least partially be held in the pores or other air passage openings of the collecting electrodes.
  • the direction of flow of the air flowing towards the collecting electrodes is at an angle ⁇ in the range of 0 ⁇ a ⁇ 90 °, for example 45 ° or 90 °, to the surface of the collecting electrodes.
  • the collecting electrodes can thus also be flown against in a direction deviating from the vertical.
  • the angle between the air flow direction and the surface of the collecting electrodes can be in the range between 0 and 90 °, for example 45 °.
  • the precipitation electrodes of the ionization unit are designed as flat plates and are parallel to the air flow direction of the air through the ionization unit, the precipitation electrodes can be transverse and, for example, perpendicular or inclined at an angle of 0 to 90 ° to the counter-electrode (s) of the ionization unit.
  • the air flow that enters the separation unit can be guided completely through the collecting electrodes. This further increases the filter efficiency.
  • this alignment of the collecting electrodes can minimize the installation space required for the filter unit.
  • the height or length of this embodiment of the filter unit according to the invention is less, since the collecting electrodes are transverse in this direction.
  • the collecting electrodes are preferably arranged at a short distance from one another. According to one embodiment, adjacent collecting electrodes have a distance d from one another which is greater than or equal to zero. The distance can, for example, be in a range from 0 to 20mm, preferably from 0 to 6mm, 0 to 4mm or 0 to 2mm. According to one embodiment, the collecting electrodes are in contact with one another. In the case of classic electrostatic filters with plate or tube separators in the separation unit, in relative terms, significantly more space is required for the electrostatic filter as a whole and especially for the separation area. In the filter unit according to the invention, the collecting electrodes are air-permeable. The collecting electrodes are preferably air-permeable plates or layers.
  • the separation area according to the invention can thus store these particles in addition to being stored in the collecting electrode itself.
  • the order of the collecting electrodes in the separation unit can be freely selected.
  • a live precipitation electrode on the side of the separation unit facing the ionization unit and through which air enters the separation unit, and then alternately to arrange earthed and live precipitation electrodes.
  • a grounded collecting electrode can also be arranged on the side facing the ionization unit as the first collecting electrode and then alternately live and grounded collecting electrodes can be arranged.
  • at least two collecting electrodes that are adjacent to one another are live or that at least two collecting electrodes that are adjacent to one another are grounded collecting electrodes.
  • two or more grounded collecting electrodes can be arranged between two live collecting electrodes.
  • At least one of the collecting electrodes has an electrical insulation coating.
  • the electrical insulation coating preferably consists of a dielectric.
  • the insulation coating can be applied to the collecting electrodes by means of powder coating, dip painting or another coating process.
  • the respective collecting electrode is preferably completely electrically insulated, the insulation coating being left out at the electrical contact point required in each case for applying voltage to the collecting electrode. In this way, electrical short circuits and associated voltage drops between the individual, alternating live collecting electrodes can be avoided.
  • all precipitation electrodes of the separation unit can be provided with an insulation coating.
  • the live collecting electrodes are preferably electrically insulated.
  • the particles are charged in the ionization unit. If a positively charged particle hits a grounded collecting electrode, it should also be able to release its charge again, otherwise the electric field between the layers will be weakened over time.
  • the live collecting electrodes have an insulating coating in the embodiment mentioned, an electrical short circuit between the live and grounded collecting electrodes can be prevented even if the collecting electrodes are close to one another or if they are in contact with one another.
  • the collecting electrodes consist of air-permeable material.
  • the collecting electrodes are also referred to as porous collecting electrodes.
  • the Collecting electrodes can all consist of the same air-permeable material.
  • different collecting electrodes consist of different materials.
  • the advantage of using air-permeable material for the collecting electrodes is that, on the one hand, the production of the electrostatic filter is facilitated, since the required air-permeability is provided by the material itself.
  • the openings in the material have a small size, whereby an efficient separation of particles can be guaranteed due to the mechanical separation effect.
  • the collecting electrodes consist of an air-impermeable material with at least one air passage opening. It is also possible that only some of the collecting electrodes, for example only the live or only the grounded collecting electrodes, consist of such a material and the other collecting electrodes consist of air-permeable material. Furthermore, it is also possible, for example, for only the first precipitation electrode, that is to say facing the ionization unit, to consist of an air-impermeable material with air passage openings.
  • the air-impermeable material can for example be a sheet metal.
  • the air passage openings can, for example, be holes that are punched into the sheet metal or made in some other way. In particular, the air-impermeable material with air passage openings can be expanded metal.
  • the material of the at least one collecting electrode can therefore be, for example, wire mesh, in particular welding mesh.
  • the material of the at least one collecting electrode can also be expanded metal, wire mesh, fiber material, fleece, perforated plate, sintered plastic or foam.
  • the material of a precipitation electrode which consists of an air-impermeable material with at least one air passage opening, can be selected such that it has at least one edge, point or corner at the air passage opening.
  • the electric field strength increases at sharp edges, points or corners of the material of the collecting electrode. In these areas, that is, at the edges, points or corners, the electric fields are therefore very inhomogeneous, which leads to leads to a multiplication of the homogeneous electric field strength. As a result, the charged particle is exposed to a relatively higher field strength and is deposited more efficiently on the respective collecting electrodes.
  • the material of the collecting electrode is preferably chosen so that it does not have any sharp edges, points or corners.
  • a wire mesh can be used as the material for the collecting electrode. It has been shown that with such a material, which has rounded cross-sections, for example circular cross-sections, an efficient deposition of particles on the collecting electrodes can also be achieved.
  • the relative arrangement of the individual collecting electrodes to one another is preferably such that the air passage openings or pores present in the respective collecting electrode are offset from the air passage openings or pores of the next collecting electrode. This means that both the mechanical and the electrostatic filter mechanisms can be used.
  • At least two collecting electrodes are arranged with respect to one another in such a way that their structure is rotated about an axis in the plane of the collecting electrode.
  • the structure of the collecting electrodes is the arrangement of the air passage openings in the collecting electrode.
  • the air passage openings In the case of an expanded metal, the air passage openings have an elongated shape, for example.
  • a collecting electrode is aligned so that the longitudinal extent of the air passage openings in this collecting electrode is rotated to the direction of the longitudinal extent in a further, preferably adjacent collecting electrode.
  • the invention relates to an air cleaning device which has at least one electrostatic filter unit according to the invention.
  • Advantages and features that are described with regard to the electrostatic filter unit apply - if applicable - correspondingly to the air cleaning device and vice versa.
  • the air cleaning device can be, for example, an air cleaner for filtering room air, a device for filtering air sucked into a passenger cabin in the automotive sector or an extractor hood for kitchens.
  • the air cleaning device can have a plurality of electrostatic filter units according to the invention.
  • the at least one electrostatic filter unit is preferably arranged on the suction side of the air cleaning device.
  • the air cleaning device represents an extractor hood and the at least one electrostatic filter unit is arranged at the air inlet opening of the extractor hood.
  • the at least one electrostatic filter unit is arranged at the air inlet opening of the extractor hood.
  • particles which for example consist of fat.
  • the arrangement of the electrostatic filter unit at the air inlet opening prevents these particles from getting into the interior of the extractor hood and possibly contaminating the fan there.
  • FIG. 1 a schematic perspective view of an embodiment of the electrostatic filter unit according to the invention
  • FIG. 2 a schematic perspective view of a further embodiment of the electrostatic filter unit according to the invention.
  • FIG. 3 a schematic perspective view of a further embodiment of the electrostatic filter unit according to the invention.
  • FIG. 4 a schematic perspective detailed view of the embodiment according to FIG. 4
  • FIG. 5 a schematic detailed view of the collecting electrodes of a further embodiment of the electrostatic filter unit
  • FIG. 6 a schematic sectional view of an embodiment of the electrostatic filter unit according to the invention.
  • FIG. 7 a schematic sectional view of a further embodiment of the electrostatic filter unit according to the invention.
  • FIG. 8 a schematic sectional view of a further embodiment of the electrostatic filter unit according to the invention.
  • Figure 9 a schematic representation of the flow of two
  • FIG. 1 An embodiment of an electrostatic filter unit 1 according to the invention is shown in a perspective view in FIG.
  • the filter unit 1 preferably has a housing which, however, is not shown in the figures.
  • the filter unit 1 consists of an ionization unit 2 and a separation unit 3.
  • the separation unit 3 is connected downstream of the ionization unit 2 in the direction of flow S.
  • the ionization unit 2 has ionization electrodes 20 and counter electrodes 21. In the embodiment shown, the ionization unit 2 has three ionization electrodes 20 and four counter electrodes 21.
  • the number of the respective electrodes 20, 21 is not limited to the number shown. More or fewer electrodes 20, 21 can also be provided.
  • the ionization electrode 20 is shown as a wire.
  • the ionization electrode 20 can, however, also represent a tooth profile, for example.
  • the ionization electrode 20 can also be referred to as a spray electrode.
  • the counter electrode 21 represents a plate.
  • the counter electrodes 21 are arranged parallel to one another. In particular, the counter-electrodes 21 are aligned in such a way that they lie in or parallel to the flow direction S in which air flows against the filter unit 1.
  • An ionization electrode 20 is arranged in each case between two counter electrodes 21.
  • the separation unit 3 consists of precipitation electrodes 30, 31. Die
  • Precipitation electrodes 30 represent precipitation electrodes to which a positive or negative high voltage is applied and are therefore also referred to below as live precipitation electrodes.
  • the collecting electrodes 31 represent collecting electrodes which are on the electrical ground at or on the protective earth (PE), and are therefore also referred to below as grounded collecting electrodes.
  • the collecting electrodes 30, 31 are each air-permeable.
  • the collecting electrodes 30, 31 represent flat electrodes which are arranged parallel to one another and, in the embodiment shown, are in contact with one another.
  • the precipitation electrodes 30, 31 are perpendicular to the alignment of the counter electrodes 21 of the ionization unit 2 and thus perpendicular to the direction of flow S of the air.
  • the first precipitation electrode 30, that is to say the precipitation electrode 30 facing the ionization unit 2, is a live precipitation electrode 30.
  • FIG. 1 Another embodiment of the electrostatic filter unit 1 is shown in FIG. This differs from the embodiment according to FIG. 1 only in the number and arrangement of the precipitation electrodes 30, 31 in the separation unit.
  • the further structure of the electrostatic filter unit 1 corresponds to the structure of the embodiment according to FIG. 1.
  • FIG. 2 five precipitation electrodes 30, 31 are provided.
  • the collecting electrodes 30, 31 are alternating in the
  • the first collecting electrode 31 is a grounded collecting electrode 31.
  • FIG. 3 Another embodiment of the electrostatic filter unit 1 is shown in FIG. This only differs from the embodiment according to FIG the number and arrangement of the collecting electrodes 30, 31 in the separation unit.
  • the further structure of the electrostatic filter unit 1 corresponds to the structure of the embodiment according to FIG. 1.
  • five precipitation electrodes 30, 31 are provided.
  • the first collecting electrode 31 in this embodiment is a live collecting electrode 30.
  • This first collecting electrode 31 is followed by two grounded collecting electrodes 31, another live collecting electrode 30 and a last grounded collecting electrode 31.
  • the structure of the separation unit 3 is shown schematically in detail in FIG.
  • the individual precipitation electrodes 30, 31 are only partially shown in order to allow a view of the other precipitation electrodes 30, 31.
  • the collecting electrodes 30, 31 have a grid structure.
  • the air passage openings formed by the lattice webs are aligned in the same direction in the embodiment according to FIGS. 1 and 4.
  • the collecting electrodes 30, 31 are arranged so that the
  • Air passage openings of one layer are offset to those of the next layer.
  • the collecting electrodes 30, 31 are also rotated relative to one another in the plane such that the air passage openings are rotated to one another at an angle of 45 °.
  • FIGS. 6, 7 and 8 the electrical fields that develop in the ionization unit 2 and the separation unit 3 are indicated schematically.
  • the collecting electrodes are made, for example, from a grid material as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the figure 7 exist
  • Precipitation electrodes 30, 31 made of perforated metal sheets and, in FIG. 8, made of expanded metal.
  • FIG. 9 the flow onto two precipitation electrodes 31, 30 is shown schematically.
  • the air flows against the upper precipitation electrode 31 in such a way that the vector of the partial air flow, which indicates the air flow direction L, lies at an angle ⁇ to the surface of the respective precipitation electrode 31, 30.
  • the partial air flow can flow through the electrode arrangement perpendicular to the surface of the precipitation electrode 31.
  • the air flow direction L at an angle ⁇ on the
  • Precipitation electrode 31 meets, which is smaller than 90 °.
  • the angle a can be in a
  • Precipitation electrode 31 impinges, any angle between 0 ° and 360 °.
  • Angle ⁇ and ⁇ and thus the air flow direction L depend on the installation position of the filter unit in the air cleaning device.
  • the sharp edges of the expanded metal result in an increase in the electrical field strength.
  • the electric fields are very inhomogeneous, which leads to a multiplication of the homogeneous electric field strength.
  • the charged particle is exposed to a relatively higher field strength and is deposited more efficiently on the respective collecting electrodes 30, 31.
  • the electrostatic force F on the particle between the collecting electrodes is calculated according to the equation:
  • F [N] E [V / m] X q [C] is determined.
  • E represents the electric field strength and q the electric charge of the particle.
  • Air-permeable collecting electrodes are used for this.
  • the electrostatic filter unit according to the invention which can also be referred to as a filter module or filter cassette, can be used, for example, in fume hoods, air cleaners or in passenger cabins in the automotive sector to filter sucked air flow.
  • a filter module or filter cassette In order to enable the electrostatic separation of particles that are in the air, they must first be electrostatically charged (ionized). An electrical high voltage of several thousand volts is necessary for the ionization of air particles and their separation. Both positive high voltage and negative high voltage can be used.
  • a high-voltage transformer which can also be referred to as a high-voltage generator or a high-voltage power supply unit, is used to generate this necessary electrical high voltage.
  • This high-voltage transformer supplies the ionization unit, which can also be referred to as the ionization area, and the separation area, which can also be referred to as a separation unit, with electrical high voltage or electrical energy.
  • the high-voltage transformer is preferably implemented in the filter module.
  • the electrostatic filter module is preferably arranged in the air intake area of the air cleaning device in order not to contaminate the components located behind it with cooking vapors / aerosols / dirt, for example in the case of an extractor hood.
  • the filter unit can optionally also be arranged in the air discharge area in the air cleaning device or along the air flow guide between the inlet and outlet areas of the air cleaning device.
  • the particle When separating according to the inertia effect, the particle cannot follow the streamline of the gas (air) around the individual filter fibers, expanded metal layers, porous media or the like due to its mass inertia and as a result collides with them.
  • the probability of a particle hitting the individual filter fibers of the filter medium which ultimately corresponds to the filter separation efficiency as a whole, based on the inertia effect, increases with increasing particle speed, increasing particle diameter, increasing filter packing density and filter thickness in the direction of flow as well as decreasing filter fiber -Diameter of the filter medium. If the particle has an electrical potential to the filter medium due to its electrical charge, the particle is attracted to the filter medium or the smallest possible filter fiber by the electrostatic attraction force.
  • the filter unit according to the invention represents a combination of a mechanical filter according to the filter mechanisms already mentioned and the electrostatic filter mechanism.
  • the filter unit consists of an ionization area and a separation area.
  • the particles in the air solid and liquid
  • the particles in the air are electrically charged by means of a Korana discharge. This is done, for example, by means of a wire ionization electrode that is arranged between two counter electrodes. This is necessary because the particle usually has no electrical charge in its original state or an electrical charge that is insufficient for efficient electrostatic separation.
  • the aim of the ionization unit is the electrical particle charging of each individual particle up to a maximum electrical saturation charge.
  • the particle then flows through the separation area, which consists of individual air-permeable collecting electrodes arranged one above the other, and is separated / filtered on these.
  • These individual air-permeable media live or grounded collecting electrodes
  • These individual air-permeable media are, for example, alternately under electrical high voltage and thus build up an electrical field to one another.
  • the level / amount of the electric field strength is largely dependent on the electrical potential (the amount of voltage in kV), the distance between the live and earthed collecting electrodes and the geometric shape of the individual media of the collecting electrodes.
  • the collecting electrodes used according to the invention can in principle be any material / medium that is air-permeable. Wire mesh, fiber materials and fleeces, perforated metal sheets, expanded metals, sintered plastics and foam can be considered here as examples. If porous plastic media are used, they must be electrically conductive or electrically conductive with regard to their specific properties so that an electrical field can build up between the individual layers.
  • the collecting electrodes should preferably rest on top of one another (in order to use the mechanical and electrostatic filter mechanisms efficiently and to save installation space), but can also be arranged at any distance from one another in the direction of flow. With regard to the sequence, the first collecting electrode arranged in the flow direction can represent either a live or a grounded collecting electrode.
  • the number of collecting electrodes which can also be referred to as filter layers, is> 2 and depends on the required filter efficiency.
  • the electric field lines always exit or re-enter an area orthogonally. If a charged particle flies through the separation area, it is separated by mechanical and electrostatic separation mechanisms depending on its polarity on the live or earthed collecting electrodes. Positively charged particles are deposited on the grounded collecting electrode and negatively charged particles on the live collecting electrode. The amount of electrical voltage difference between the live and earthed
  • the grounded collecting electrodes are connected to one another via contact points and are usually connected to earth / ground.
  • the live collecting electrodes are preferably also at the same electrical potential with one another and are electrically connected to one another via contact points and to the high-voltage generator that supplies the high voltage.
  • the ionization unit and the separation unit are preferably arranged in a housing.
  • a housing is not absolutely necessary.
  • the ionization unit and the separation unit can be accommodated in a common housing.
  • the ionization unit and the separation unit can be spatially separated from one another in housings that are spatially separated from one another or without a housing.
  • Precipitation electrodes are used one behind the other.
  • the same also applies in the opposite case, i.e. the number of live collecting electrodes between two grounded collecting electrodes can be> 1.
  • the present invention has a number of advantages.
  • a reduction in complexity is achieved with the invention.
  • the simple structure of the separation unit results, in relative terms, in cost advantages compared to electrostatic filters with plate and tube separators, which generally require higher material and manufacturing costs.

Landscapes

  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Filtereinheit für eine Luftreinigungsvorrichtung, wobei die Filtereinheit (1) eine lonisationseinheit (2) und eine Abscheideeinheit (3) mit mindestens einer spannungsführenden Niederschlagselektrode (30) und mindestens einer geerdeten Niederschlagselektrode (31) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Niederschlagselektroden (30, 31) luftdurchlässig sind.

Description

Elektrostatische Filtereinheit für Luftreinigungsvorrichtung und
Luftreinigungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Filtereinheit für eine Luftreinigungsvorrichtung, insbesondere Dunstabzug, und eine Luftreinigungsvorrichtung mit mindestens einer elektrostatischen Filtereinheit.
Luftreinigungsvorrichtungen können beispielsweise Luftreiniger zum Filtern von Raumluft, Vorrichtungen zum Filtern von in einer Fahrgast-Kabine im Automobilbereich angesaugter Luft oder Dunstabzüge für Küchen, die beispielsweise Dunstabzugshauben darstellen, sein. Bei diesen Luftreinigungsvorrichtungen ist es bekannt, flüssige und feste Verunreinigungen sowie Gerüche aus der verunreinigten Luft oder den beim Kochen entstehenden Dünsten und Wrasen auszufiltern. Hierzu werden meist mechanische Filter eingesetzt. Als mechanische Filter werden beispielsweise Streckmetallfilter, Lochblechfilter, Baffle- Filter, die auch als Wirbelstromfilter bezeichnet werden können, Randabsaugungsfilter und poröse Schaumstoffmedien verwendet. Alle diese genannten Filtermedien filtern nach mechanischen Abscheidemechanismen wie dem Diffusionseffekt, Sperreffekt und maßgebend dem Trägheitseffekt.
Ein Nachteil dieser Filtereinheiten besteht darin, dass insbesondere eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden muss, um eine ausreichende Filtereffizienz auch bei kleineren Partikeln zu gewährleisten.
Zudem ist beispielsweise aus der DE 2146288 A eine Dunstabzugshaube bekannt, bei der eine elektrostatische Filtereinheit verwendet wird. Die elektrostatische Filtereinheit besteht bei dieser Dunstabzugshaube aus plattenförmigen Abscheide- und Gegenelektroden sowie drahtförmigen lonisationselektroden. Die plattenförmigen Abscheide- und Gegenelektroden sind über elektrisch leitende Stege miteinander verbunden und sind so angeordnet, dass die in das Filterelement eintretende Luft zunächst die Abscheideelektroden mit dazwischen liegenden drahtförmigen lonisationselementen anströmt und anschließend zu den nach oben versetzten Gegenelektroden gelangt. Die Abscheideelektroden sind über eine Trennwand an dem Gehäuse der Dunstabzugshaube befestigt. Zudem ist in dem Gehäuse der Dunstabzugshaube ein Hochspannungsgerät vorgesehen, das mit den Elektroden der Filtereinheit verbunden ist.
Ein Nachteil dieser Filtereinheit besteht darin, dass diese einen großen Bauraum in Anspruch nimmt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, mittels derer bei einfachem Aufbau zuverlässig eine ausreichende Filtereffizienz gewährleistet werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe daher gelöst durch eine elektrostatische Filtereinheit für eine Luftreinigungsvorrichtung, die eine lonisationseinheit und eine Abscheideeinheit mit mindestens einer spannungsführenden Niederschlagselektrode und einer geerdeten Niederschlagselektrode umfasst. Die Filtereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Niederschlagselektroden luftdurchlässig sind.
Die elektrostatische Filtereinheit wird im Folgenden auch als Filtereinheit oder als elektrostatischer Filter bezeichnet. Die Filtereinheit weist eine lonisationseinheit und eine Abscheideeinheit auf. Die lonisationseinheit kann auch als lonisationsbereich bezeichnet werden und die Abscheideeinheit als Abscheidebereich. Die Abscheideeinheit ist der lonisationseinheit in Strömungsrichtung nachgeschaltet. Die lonisationseinheit weist vorzugsweise mindestens eine lonisationselektrode und mindestens eine Gegenelektrode auf. Die lonisationselektrode wird mit Spannung, vorzugsweise Hochspannung, beaufschlagt. Beim Durchströmen von verunreinigter Luft durch die lonisationseinheit werden feste und flüssige Partikel elektrostatisch mittels der lonisationselektrode, die auch als Sprühelektrode bezeichnet werden kann, mittels Koronaentladung elektrisch aufgeladen. Die lonisationselektrode, die eine Draht-Ionisationselektrode darstellen kann, ist in der lonisationseinheit vorzugsweise zwischen zwei plattenförmigen Gegenelektroden angeordnet. Dies ist notwendig, da die Partikel für gewöhnlich in ihrem ursprünglichen Zustand keine beziehungsweise für eine effiziente elektrostatische Abscheidung ungenügende elektrische Ladung aufweisen. Ziel der lonisationseinheit ist die elektrische Partikelaufladung jedes einzelnen Partikels bis zu einer maximalen elektrischen Sättigungsladung. Die Abscheideeinheit umfasst zumindest zwei Niederschlagselektroden, von denen mindestens eine eine spannungsführende Niederschlagselektrode und mindestens eine eine geerdete Niederschlagselektrode ist. Die mindestens zwei Niederschlagselektroden sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Die mindestens eine spannungsführende Niederschlagselektrode steht unter elektrischer Hochspannung. Die geerdete Niederschlagselektrode liegt an Masse oder einem Schutzleiter (PE Protective Earth) an. Somit bauen die Niederschlagselektroden ein elektrisches Feld zueinander auf. Die Höhe beziehungsweise der Betrag der elektrischen Feldstärke ist dabei maßgebend abhängig vom elektrischen Potential, das heißt von dem Betrag der Spannung in kV, dem Abstand der spannungsführenden und geerdeten Niederschlagselektroden zueinander sowie der geometrischen Form der Niederschlagselektroden.
Die aus der lonisationseinheit austretende Luft mit den elektrisch geladenen Partikeln strömt in die Abscheideeinheit. Aufgrund des dort zwischen den Niederschlagselektroden aufgebauten elektrischen Feldes werden die Partikel an den Niederschlagselektroden abgeschieden und damit aus der Luft ausgefiltert.
Die Filtereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass die Niederschlagselektroden luftdurchlässig sind. Hierdurch wird eine Reihe von Vorteilen erzielt. Zum einen kann der Luftstrom nicht nur, wie im Stand der Technik an den Niederschlagselektroden entlang strömen, sondern kann durch diese hindurchströmen. Aufgrund der Luftdurchlässigkeit der Niederschlagselektroden können diese somit als mechanischer Filter dienen. Da die Abscheideeinheit der lonisationseinheit in Strömungsrichtung nachgelagert ist, treten die in der Luft enthaltenen Partikel in einem elektrisch geladenen Zustand in die Abscheideeinheit ein. Somit wird die Abscheidung der Partikel an den Niederschlagselektroden sowohl durch die mechanischen Filtereffekte als auch durch die elektrische Ladung bewirkt, das heißt durch den elektrostatischen Filtereffekt erzielt.
Klassische, mechanische Filter haben die Eigenschaft, dass aufgrund des dominierenden Trägheitseffekts für Partikeldurchmesser >1 pm die Filtereffizienz mit steigender Strömungsgeschwindigkeit steigt. Bei reinem elektrostatischem Filter hingegen steigt die Filtereffizienz mit sinkender Strömungsgeschwindigkeit, weil die Verweilzeit des Partikels im lonisations- und Abscheidebereich damit zunimmt. Durch die Kombination der vorliegenden Erfindung werden die Vorteile sowohl der mechanischen als auch der elektrostatischen Filtermechanismen effizient ausgenutzt.
Zudem ist bei klassischen, elektrostatischen Filtern die Filtereffizienz signifikant vom Betrag der elektrischen lonisations- und Abscheidespannung abhängig. Falls es zu einem Versagen der elektronischen Hochspannungskomponente (Spannungsausfall) kommt oder diese aufgrund von Kurzschlüssen ausfällt, ist gar keine Filterleistung mehr gegeben. Bei der vorliegenden Erfindung hingegen bleiben die mechanischen Filtermechanismen beziehungsweise Filtereffekte weiterhin erhalten. Ein Totalausfall der Gesamtfilterleistung tritt somit nicht ein.
Schließlich können aufgrund der Luftdurchlässigkeit der Niederschlagselektroden Partikel zumindest teilweise in den Poren oder anderen Luftdurchlassöffnungen der Niederschlagselektroden gehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform liegt die Strömungsrichtung der Luft, die die Niederschlagselektroden anströmt, in einem Winkel a im Bereich von 0 < a < 90°, beispielsweise 45° oder 90° zu der Fläche der Niederschlagselektroden. Die Niederschlagselektroden können somit auch in einem von der Senkrechten abweichenden Richtung angeströmt werden. Der Winkel zwischen der Luftströmungsrichtung und der Fläche der Niederschlagselektroden kann im Bereich zwischen 0 und 90° beispielsweise bei 45° liegen.
Sind die Gegenelektroden der lonisationseinheit als ebene Platten ausgestaltet und liegen diese parallel zu der Luftströmungsrichtung der Luft durch die lonisationseinheit, so können die Niederschlagselektroden quer und beispielsweise senkrecht oder in einem Winkel von 0 bis 90° zu der oder den Gegenelektroden der lonisationseinheit geneigt liegen.
Durch diese Ausrichtung der luftdurchlässigen Niederschlagselektroden kann der Luftstrom, der in die Abscheideeinheit eintritt, vollständig durch die Niederschlagselektroden geführt werden. Somit wird die Filtereffizienz weiter gesteigert. Zudem kann durch diese Ausrichtung der Niederschlagselektroden der Bauraum, der für die Filtereinheit erforderlich ist, minimiert werden. Im Gegensatz zu Filtereinheiten, bei denen die Niederschlagselektroden parallel zu dem Luftstrom und vorzugsweise parallel zu der oder den Gegenelektroden der lonisationseinheit liegt, ist die Höhe oder Länge dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtereinheit geringer, da in dieser Richtung die Niederschlagselektroden quer liegen.
Die Niederschlagselektroden sind vorzugsweise in einem geringen Abstand zueinander angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform weisen benachbarte Niederschlagselektroden zueinander einen Abstand d von größer gleich Null auf. Der Abstand kann beispielsweise in einem Bereich von 0 bis 20mm, vorzugsweise von 0 bis 6mm, 0 bis 4mm oder 0 bis 2mm liegen. Gemäß einer Ausführungsform liegen die Niederschlagselektroden aneinander an. Bei klassischen elektrostatischen Filtern mit Platten- oder Rohrabscheidern in der Abscheideeinheit, ist relativ betrachtet deutlich mehr Platzbedarf für den elektrostatischen Filter im Ganzen und speziell für den Abscheidebereich notwendig. Bei der erfindungsgemäßen Filtereinheit sind die Niederschlagselektroden luftdurchlässig. Vorzugsweise stellen die Niederschlagselektroden luftdurchlässige Platten oder Lagen dar. Somit ist auch beim Vorsehen mehrerer Niederschlagselektroden, die aufeinander aufliegen, die Gesamthöhe des Stapels an Niederschlagselektroden gering. Zudem kann durch den geringen Abstand der Niederschlagselektroden zueinander das zwischen den einzelnen luftdurchlässigen Niederschlagselektroden abgeschiedene / gefilterte Partikelgut aufgrund von Kapillarität zwischen den Niederschlagselektroden gehalten werden. Somit kann der erfindungsgemäße Abscheidebereich diese Partikel zusätzlich zu einer Speicherung in der Niederschlagselektrode selber speichern.
Die Reihenfolge der Niederschlagselektroden in der Abscheideeinheit kann erfindungsgemäß frei gewählt werden. So ist es beispielsweise möglich an der Seite der Abscheideeinheit, die der lonisationseinheit zugewandt ist und über die Luft in die Abscheideeinheit eintritt, eine spannungsführende Niederschlagselektrode anzuordnen und anschließend alternierend jeweils geerdete und spannungsführende Niederschlagselektroden anzuordnen. Alternativ kann aber auch eine geerdete Niederschlagselektrode an der der lonisationseinheit zugewandten Seite als erste Niederschlagselektrode angeordnet sein und anschließend alternierend spannungsführende und geerdete Niederschlagselektroden angeordnet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es aber auch möglich, dass mindestens zwei zueinander benachbarte Niederschlagselektroden spannungsführende oder mindestens zwei zueinander benachbarte Niederschlagselektroden geerdete Niederschlagselektroden sind. Somit können beispielsweise zwischen zwei spannungsführenden Niederschlagselektroden zwei oder mehr geerdete Niederschlagselektroden angeordnet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eine der Niederschlagselektroden eine elektrische Isolierungsbeschichtung auf. Die elektrische Isolierungsbeschichtung besteht vorzugsweise aus einem Dielektrikum. Die Isolierungsbeschichtung kann mittels Pulverbeschichtung, Tauchlackierung oder einem anderen Beschichtungsverfahrens auf die Niederschlagselektroden aufgebracht sei / werden. Hierbei wird vorzugsweise die jeweilige Niederschlagselektrode vollständig elektrisch isoliert, wobei an der jeweils erforderlichen elektrischen Kontaktstelle zur Beaufschlagung der Niederschlagselektrode mit Spannung die Isolierungsbeschichtung ausgespart wird. Hierdurch können elektrische Kurzschlüsse und damit verbundene Spannungseinbrüche zwischen den einzelnen alternierenden unter Spannung stehenden Niederschlagselektroden vermieden werden.
Es können erfindungsgemäß alle Niederschlagselektroden der Abscheideeinheit mit einer Isolierungsbeschichtung versehen werden. Vorzugsweise werden jedoch nur die spannungsführenden Niederschlagselektroden elektrisch isoliert. Die Partikel werden in der lonisationseinheit geladen. Trifft ein positiv geladenes Partikel auf eine geerdete Niederschlagselektrode auf, so soll dieses seine Ladung auch wieder abgeben können, da sonst das elektrische Feld zwischen den Lagen dadurch mit der Zeit geschwächt wird. Indem aber bei der genannten Ausführungsform die spannungsführenden Niederschlagselektroden eine Isolierungsbeschichtung aufweisen, kann ein elektrischer Kurzschluss zwischen den spannungsführenden und geerdeten Niederschlagselektroden auch bei einem geringen Abstand oder einem Anliegen der Niederschlagselektroden aneinander verhindert werden.
Gemäß einer Ausführungsform bestehen die Niederschlagselektroden aus luftdurchlässigem Material. Bei dieser Ausführungsform werden die Niederschlagselektroden auch als poröse Niederschlagselektroden bezeichnet. Die Niederschlagselektroden können alle aus dem gleichen luftdurchlässigen Material bestehen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass verschiedene Niederschlagselektroden aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Der Vorteil der Verwendung von luftdurchlässigem Material für die Niederschlagselektroden besteht darin, dass zum einen die Herstellung des elektrostatischen Filters erleichtert ist, da die geforderte Luftdurchlässigkeit durch das Material selber gegeben ist. Zum anderen weisen bei einem luftdurchlässigen Material die Öffnungen in dem Material eine geringe Größe auf, wodurch ein effizientes Abscheiden von Partikeln aufgrund des mechanischen Abscheideeffekts gewährleistet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bestehen die Niederschlagselektrode aus einem luftundurchlässigen Material mit mindestens einer Luftdurchlassöffnung. Es ist auch möglich, dass nur einige der Niederschlagselektroden, beispielsweise nur die spannungsführenden oder nur die geerdeten Niederschlagselektroden aus einem solchen Material bestehen und die jeweils anderen Niederschlagselektroden aus luftdurchlässigem Material bestehen. Weiterhin ist es auch möglich, dass beispielsweise nur die erste, das heißt der lonisierungseinheit zugewandte, Niederschlagselektrode aus einem luftundurchlässigen Material mit Luftdurchlassöffnungen besteht. Das luftundurchlässige Material kann beispielsweise ein Blech sein. Die Luftdurchlassöffnungen können beispielsweise Löcher sein, die in das Blech gestanzt oder auf andere Art eingebracht werden. Insbesondere kann das luftundurchlässige Material mit Luftdurchlassöffnungen Streckmetall sein.
Das Material der mindestens einen Niederschlagselektrode kann daher beispielsweise Drahtgitter, insbesondere Schweißgitter sein. Alternativ kann das Material der mindestens einen Niederschlagselektrode auch Streckmetall, Drahtgewebe, Faserwerkstoff, Vlies, Lochblech, Sinterkunststoff oder Schaumstoff sein.
Das Material einer Niederschlagselektrode, die aus einem luftundurchlässigen Material mit mindestens einer Luftdurchlassöffnung besteht, kann so gewählt, dass dieses mindestens eine Kante, Spitze oder Ecke an der Luftdurchlassöffnung aufweist. An scharfen Kanten, Spitzen oder Ecken des Materials der Niederschlagselektrode findet eine Überhöhung der elektrischen Feldstärke statt. In diesen Bereichen, das heißt an den Kanten, Spitzen oder Ecken sind die elektrischen Felder daher stark inhomogen, was zu einer Vervielfachung der homogenen elektrischen Feldstärke führt. Dadurch ist das geladene Partikel einer relativ betrachtet höhere Feldstärke ausgesetzt und wird effizienter an den jeweiligen Niederschlagselektroden abgeschieden.
Vorzugsweise wird aber das Material der Niederschlagselektrode so gewählt, dass dieses keine scharfen Kanten, Spitzen oder Ecken aufweist. Beispielsweise kann ein Drahtgitter als Material für die Niederschlagselektrode verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass mit einem solchen Material, das abgerundete Querschnitte, beispielsweise kreisrunde Querschnitte aufweist ebenfalls eine effiziente Abscheidung von Partikeln an den Niederschlagselektroden erzielt werden kann.
Vorzugsweise ist die relative Anordnung der einzelnen Niederschlagselektroden zueinander so, dass die in der jeweiligen Niederschlagselektrode vorhandenen Luftdurchlassöffnungen oder Poren zu den Luftdurchlassöffnungen oder Poren der nächsten Niederschlagselektrode versetzt liegen. Hierdurch können sowohl die mechanischen als auch die elektrostatischen Filtermechanismen genutzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind mindestens zwei Niederschlagselektroden so zueinander angeordnet, dass deren Struktur um eine Achse in der Ebene der Niederschlagselektrode gedreht, liegen. Als Struktur der Niederschlagselektroden wird die Anordnung der Luftdurchlassöffnungen in der Niederschlagselektrode bezeichnet. Bei einem Streckmetall weisen die Luftdurchlassöffnungen beispielsweise eine längliche Form auf. Bei diesem Material der Niederschlagselektroden wird daher beispielsweise eine Niederschlagselektrode so ausgerichtet, dass die Längserstreckung der Luftdurchlassöffnungen in dieser Niederschlagselektrode zu der Richtung der Längserstreckung in einer weiteren, vorzugsweise benachbarten Niederschlagselektrode gedreht ist. Die einzelnen Niederschlagselektroden können hierbei um eine Rotationsachse, die senkrecht zu der Ebene der Niederschlagselektrode steht, in der Ebene der Niederschlagselektrode um einen Winkel von größer 0° bis kleiner 360° zueinander gedreht sein. Beispielsweise liegen die Niederschlagselektroden um 45° zueinander verdreht.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Luftreinigungsvorrichtung, die zumindest eine erfindungsgemäße elektrostatische Filtereinheit aufweist. Vorteile und Merkmale, die bezüglich der elektrostatischen Filtereinheit beschrieben werden, gelten - soweit anwendbar - entsprechend für die Luftreinigungsvorrichtung und umgekehrt.
Die Luftreinigungsvorrichtung kann beispielsweise ein Luftreiniger zum Filtern von Raumluft, eine Vorrichtung zum Filtern von in einer Fahrgast-Kabine im Automobilbereich angesaugter Luft oder einen Dunstabzug für Küchen sein. Die Luftreinigungsvorrichtung kann mehrere erfindungsgemäße elektrostatische Filtereinheiten gemäß der Erfindung aufweisen. Die mindestens eine elektrostatische Filtereinheit ist vorzugsweise an der Ansaugseite der Luftreinigungsvorrichtung angeordnet. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung zusätzlich oder alternativ mindestens eine elektrostatische Filtereinheit an der Luftauslassseite der Luftreinigungsvorrichtung vorzusehen.
Gemäß einer Ausführungsform stellt die Luftreinigungsvorrichtung eine Dunstabzugshaube dar und die mindestens eine elektrostatische Filtereinheit ist an der Lufteinlassöffnung der Dunstabzugshaube angeordnet. Insbesondere bei Dunstabzugshauben wird Luft angesaugt, die mit Partikeln verunreinigt ist, die beispielsweise aus Fett bestehen. Durch die Anordnung der elektrostatischen Filtereinheit an der Lufteinlassöffnung kann verhindert werden, dass diese Partikel in das Innere der Dunstabzugshaube gelangen und dort gegebenenfalls den Lüfter verunreinigen.
Die Erfindung wird im Folgenden erneut unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Filtereinheit;
Figur 2: eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Filtereinheit;
Figur 3: eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Filtereinheit; io
Figur 4: eine schematische perspektivische Detailansicht der Ausführungsform nach
Figur 1 ;
Figur 5: eine schematische Detailansicht der Niederschlagselektroden einer weiteren Ausführungsform der elektrostatischen Filtereinheit;
Figur 6: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Filtereinheit;
Figur 7: eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Filtereinheit;
Figur 8: eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Filtereinheit; und
Figur 9: eine schematische Darstellung der Anströmung zweier
Niederschlagselektroden.
In Figur 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrostatischen Filtereinheit 1 in Perspektivansicht gezeigt. Die Filtereinheit 1 weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, das in den Figuren aber nicht gezeigt ist.
Die Filtereinheit 1 besteht aus einer lonisationseinheit 2 und einer Abscheideeinheit 3. Die Abscheideeinheit 3 ist der lonisationseinheit 2 in Strömungsrichtung S nachgeschaltet. Die lonisationseinheit 2 weist lonisationselektroden 20 und Gegenelektroden 21 auf. In der gezeigten Ausführungsform weist die lonisationseinheit 2 drei lonisationselektroden 20 und vier Gegenelektroden 21 auf. Die Anzahl der jeweiligen Elektroden 20, 21 ist aber nicht auf die gezeigte Anzahl beschränkt. Es können auch mehr oder weniger Elektroden 20, 21 vorgesehen sein.
Die lonisationselektrode 20 ist als ein Draht gezeigt. Die lonisationselektrode 20 kann aber beispielsweise auch ein Zahnprofil darstellen. In diesem Fall kann die lonisationselektrode 20 auch als Sprühelektrode bezeichnet werden. Die Gegenelektrode 21 stellt eine Platte dar. Die Gegenelektroden 21 sind zueinander parallel angeordnet. Insbesondere sind die Gegenelektroden 21 so ausgerichtet, dass diese in der oder parallel zu der Strömungsrichtung S liegen, in der Luft die Filtereinheit 1 anströmt. Zwischen zwei Gegenelektroden 21 ist jeweils eine lonisationselektrode 20 angeordnet.
Die Abscheideeinheit 3 besteht aus Niederschlagselektroden 30, 31. Die
Niederschlagselektroden 30 stellen Niederschlagselektroden dar, die mit positiver oder negativer Hochspannung beaufschlagt sind und werden im Folgenden daher auch als spannungsführende Niederschlagselektroden bezeichnet. Die Niederschlagselektroden 31 stellen Niederschlagselektroden dar, die auf der elektrischen Masse an oder auf der Schutzerde (PE) liegen, und werden im Folgenden daher auch als geerdete Niederschlagselektroden bezeichnet. Die Niederschlagselektroden 30, 31 sind jeweils luftdurchlässig. Die Niederschlagselektroden 30, 31 stellen flächige Elektroden dar, die zueinander parallel angeordnet sind und in der gezeigten Ausführungsform aneinander anliegen. Zudem liegen die Niederschlagselektroden 30, 31 senkrecht zu der Ausrichtung der Gegenelektroden 21 der lonisationseinheit 2 und damit senkrecht zu der Strömungsrichtung S der Luft.
In der Figur 1 sind vier Niederschlagselektroden 30, 31 vorgesehen. Diese liegen in der Abscheideeinheit 3 alternierend vor. In der Figur 1 ist die erste, das heißt die der lonisationseinheit 2 zugewandte Niederschlagselektrode 30 eine spannungsführende Niederschlagselektrode 30.
In der Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform der elektrostatischen Filtereinheit 1 gezeigt. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Figur 1 lediglich durch die Anzahl und Anordnung der Niederschlagselektroden 30, 31 in der Abscheideeinheit. Der weitere Aufbau der elektrostatischen Filtereinheit 1 entspricht dem Aufbau der Ausführungsform nach Figur 1. In der Figur 2 sind fünf Niederschlagselektroden 30, 31 vorgesehen. Die Niederschlagselektroden 30, 31 sind alternierend in der
Abscheideeinheit 3 angeordnet. Die erste Niederschlagselektrode 31 ist in dieser Ausführungsform eine geerdete Niederschlagselektrode 31.
In der Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform der elektrostatischen Filtereinheit 1 gezeigt. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Figur 1 lediglich durch die Anzahl und Anordnung der Niederschlagselektroden 30, 31 in der Abscheideeinheit. Der weitere Aufbau der elektrostatischen Filtereinheit 1 entspricht dem Aufbau der Ausführungsform nach Figur 1. In der Figur 3 sind fünf Niederschlagselektroden 30, 31 vorgesehen. Die erste Niederschlagselektrode 31 ist in dieser Ausführungsform eine spannungsführende Niederschlagselektrode 30. Auf diese erste Niederschlagselektrode 31 folgen zwei geerdete Niederschlagselektroden 31 , eine weitere spannungsführende Niederschlagselektrode 30 und eine letzte geerdete Niederschlagselektrode 31. Somit sind bei dieser Ausführungsform zwischen zwei spannungsführenden Niederschlagselektroden 30 zwei geerdete Niederschlagelektroden 31 angeordnet.
In Figur 4 ist schematisch der Aufbau der Abscheideeinheit 3 im Detail gezeigt. Hierzu sind die einzelnen Niederschlagselektroden 30, 31 jeweils nur teilweise gezeigt, um einen Blick auf die jeweils anderen Niederschlagselektroden 30, 31 zu erlauben. Die Niederschlagselektroden 30, 31 weisen in der dargestellten Ausführungsform eine Gitterstruktur auf. Die durch die Gitterstege gebildeten Luftdurchlassöffnungen sind bei der Ausführungsform nach Figur 1 und 4 in der gleichen Richtung ausgerichtet. Die Niederschlagselektroden 30, 31 sind aber so angeordnet, dass die
Luftdurchlassöffnungen der einen Lage zu den der nächsten Lage versetzt sind.
In der Ausführungsform nach Figur 5 sind zudem die Niederschlagselektroden 30, 31 so zueinander in der Ebene verdreht, dass die Luftdurchlassöffnungen zueinander in einem Winkel von 45° verdreht sind.
In den Figuren 6, 7 und 8 sind die elektrischen Felder, die sich in der lonisationseinheit 2 und der Abscheideeinheit 3 ausbilden schematisch angedeutet.
In Figur 6 sind die Niederschlagselektroden beispielsweise aus einem Gittermaterial, wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, hergestellt. In der Figur 7 bestehen die
Niederschlagselektroden 30, 31 aus Lochblechen und in der Figur 8 aus Streckmetall.
In Figur 9 ist schematisch die Anströmung zweier Niederschlagselektroden 31 , 30 gezeigt. Die Luft strömt hierbei die obere Niederschlagselektrode 31 so an, dass der Vektor der partiellen Luftströmung, der die Luftströmungsrichtung L angibt, in einem Winkel a zu der Oberfläche der jeweiligen Niederschlagselektrode 31 , 30 liegt. Die partielle Luftströmung durch die Elektrodenanordnung kann senkrecht zur Oberfläche der Niederschlagselektrode 31 hindurch strömen. Es ist aber auch möglich, dass, wie in der Figur 9 gezeigt, die Luftströmungsrichtung L in einem Winkel a auf die
Niederschlagselektrode 31 trifft, der kleiner als 90° ist. Der Winkel a kann in einem
Bereich von 0 bis 90° liegen. Zudem kann der Winkel ß unter dem ein Vektor der partiellen Luftströmung, der in einem Winkel a von kleiner 90° auf die
Niederschlagselektrode 31 auftrifft, jeder beliebige Winkel zwischen 0° und 360° sein. Die
Winkel a und ß und damit die Luftströmungsrichtung L hängen von der Einbaulage der Filtereinheit in der Luftreinigungsvorrichtung ab.
Insbesondere bei der Ausgestaltung nach Figur 8, erfolgt durch die scharfen Kanten des Streckmetalls eine Überhöhung der elektrischen Feldstärke. In diesen Bereichen sind die elektrischen Felder stark inhomogen, was zu einer Vervielfachung der homogenen elektrischen Feldstärke führt. Dadurch ist das geladene Partikel einer relativ betrachtet höhere Feldstärke ausgesetzt und wird effizienter an den jeweiligen Niederschlagselektroden 30, 31 abgeschieden.
Die elektrostatische Krafteinwirkung F auf das Partikel zwischen den Niederschlagselektroden wird nach der Gleichung:
F[N] = E [V/m] X q [C] bestimmt. E stellt dabei die elektrische Feldstärke dar und q die elektrische Ladung des Partikels.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination von mechanischer Abscheidewirkung und elektrostatischer Abscheidewirkung genutzt. Hierzu werden luftdurchlässige Niederschlagselektroden verwendet.
Die Erfindung wird nun erneut, insbesondere hinsichtlich der genutzten Effekte, beschrieben. Die erfindungsgemäße elektrostatische Filtereinheit, die auch als Filtermodul oder Filterkassette bezeichnet werden kann, kann beispielsweise verwendet werden in Dunstabzügen, Luftreinigern oder um bei Fahrgast-Kabinen im Automobilbereich den angesaugten Luftstrom zu filtern. Um eine elektrostatische Abscheidung von Partikeln zu ermöglichen, welche sich in der Luft befinden, müssen diese zunächst elektrostatisch aufgeladen (ionisiert) werden. Für die Ionisation von Luftpartikeln, als auch deren Abscheidung, ist eine elektrische Hochspannung von mehreren tausend Volt notwendig. Dabei kann sowohl positive Hochspannung als auch negative Hochspannung Anwendung finden. Für die Generierung/Erzeugung dieser notwendigen elektrischen Hochspannung wird ein Hochspannungsübertrager, der auch als Hochspannungserzeuger oder Hochspannungsnetzteil bezeichnet werden kann, eingesetzt. Dieser Hochspannungsübertrager versorgt die lonisationseinheit, die auch als lonisationsbereich bezeichnet werden kann, und den Abscheidebereich, der auch als Abscheideeinheit bezeichnet werden kann, mit elektrischer Hochspannung beziehungsweise elektrischer Energie. Der Hochspannungsübertrager ist dabei vorzugsweise in das Filtermodul implementiert. Das elektrostatische Filtermodul ist vorzugsweise im Lufteinsaugbereich der Luftreinigungsvorrichtung angeordnet, um die dahinterliegenden Komponenten beispielsweise bei einer Dunstabzugshaube nicht mit Kochwrasen/Aerosolen/Schmutz zu kontaminieren. Jedoch kann die Filtereinheit optional auch im Luftausblasbereich in der Luftreinigungsvorrichtung angeordnet sein oder entlang der Luftströmungsführung zwischen dem Einlass- und Auslassbereich der Luftreinigungsvorrichtung.
Bei der Abscheidung nach dem Trägheitseffekt kann das Partikel aufgrund seiner Masseträgheit der Stromlinie des Gases (Luft) um die einzelnen Filterfasern, Streckmetalllagen, porösen Medien oder ähnliches nicht folgen und kollidiert infolge dessen mit diesen. Die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens eines Partikels auf die einzelnen Filterfasern des Filtermediums, die letztendlich der Filterabscheide-Effizienz im Ganzen entspricht, auf Basis des Trägheitseffekts steigt unter anderem mit steigender Partikelgeschwindigkeit, größer werdendem Partikeldurchmesser, steigender Filter- Packungsdichte und Filterdicken in Strömungsrichtung sowie kleiner werdendem Filterfaser-Durchmesser des Filtermediums. Weist das Partikel aufgrund seiner elektrischen Ladung ein elektrisches Potential zum Filtermedium auf, so wird das Partikel durch die elektrostatische Anziehungskraft vom Filtermedium beziehungsweise der kleinstmöglichen Filterfaser angezogen. Durch die zusätzliche Überlagerung des elektrostatischen Filtereffekts / Filtermechanismus zu den bereits vorhandenen mechanischen Filtermechanismen (Diffusionseffekt, Sperreffekt, Massenträgheitseffekt) lässt sich mit der vorliegenden Erfindung eine höhere Filterabscheideeffizienz erreichen, speziell für kleinere Partikeldurchmesser und bei niedrigen Luftströmungsgeschwindigkeiten.
Die erfindungsgemäße Filtereinheit stellt eine Kombination aus mechanischem Filter nach den bereits erwähnten Filtermechanismen und dem elektrostatischen Filtermechanismus dar. Die Filtereinheit besteht aus einem lonisationsbereich und einem Abscheidebereich. Im lonisationsbereich werden die in der Luft befindlichen Partikel (fest und flüssig) mittels einer Koranaentladung elektrisch aufgeladen. Dies geschieht beispielsweise mittels einer Draht-Ionisationselektrode, die zwischen zwei Gegenelektroden angeordnet ist. Dies ist notwendig, da der Partikel für gewöhnlich in seinem ursprünglichen Zustand keine beziehungsweise für eine effiziente elektrostatische Abscheidung ungenügende elektrische Ladung aufweist. Ziel der lonisationseinheit ist die elektrische Partikelaufladung jedes einzelnen Partikels bis zu einer maximalen elektrischen Sättigungsladung. Anschließend strömt das Partikel durch den Abscheidebereich hindurch, der aus einzelnen übereinander angeordneten luftdurchlässigen Niederschlagselektroden besteht und wird an diesen abgeschieden / gefiltert. Diese einzelnen luftdurchlässigen Medien (spannungsführende beziehungsweise geerdete Niederschlagselektroden) stehen beispielsweise alternierend unter elektrischer Hochspannung und bauen dadurch ein elektrisches Feld zueinander auf. Die Höhe/Betrag der elektrischen Feldstärke ist dabei maßgebend abhängig vom elektrischen Potential (vom Betrag der Spannung in kV), dem Abstand der spannungsführenden und geerdeten Niederschlagselektrode zueinander sowie der geometrischen Form der einzelnen Medien der Niederschlagselektroden.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten Niederschlagselektroden kann es sich grundsätzlich um jedes Material/Medium handeln, welches luftdurchlässig ist. Als Beispiel kommen hier Drahtgewebe, Faserwerkstoffe und Vliese, Lochbleche, Streckmetalle, Sinterkunststoffe und Schaumstoff in Betracht. Werden poröse Kunststoffmedien verwendet, so müssen diese elektrisch leitend oder elektrisch ableitend in Hinblick auf Ihre spezifischen Eigenschaften beschaffen sein, damit sich ein elektrisches Feld zwischen den einzelnen Lagen aufbauen kann. Die Niederschlagselektroden sollten vorzugsweise aufeinander aufliegen (um die mechanische und elektrostatischen Filtermechanismen effizient auszunutzen sowie zur Bauraumeinsparung), können jedoch auch im beliebigen Abstand zu einander in Strömungsrichtung angeordnet werden. Bezüglich der Reihenfolge kann die erste in Strömungsrichtung angeordnete Niederschlagselektrode entweder eine spannungsführende oder eine geerdete Niederschlagselektrode darstellen. Die Anzahl der Niederschlagselektroden, die auch als Filterlagen bezeichnet werden können, ist >2 und hängt von der geforderten Filtereffizienz ab. Die elektrischen Feldlinien treten stets orthogonal aus einer Fläche aus beziehungsweise wieder ein. Fliegt ein geladenes Partikel durch den Abscheidebereich hindurch, wird dieses durch mechanische und elektrostatische Abscheidemechanismen in Abhängigkeit seiner Polarität an den spannungsführenden beziehungsweise geerdeten Niederschlagselektroden abgeschieden. Positiv geladene Partikel werden an der geerdeten Niederschlagselektrode und negativ geladene Partikel an der spannungsführenden Niederschlagselektrode abgeschieden. Der Betrag der elektrischen Spannungsdifferenz zwischen der spannungsführenden und geerdeten
Niederschlagselektrode liegt üblicherweise bei >= 1 kilo Volt (kV). Die geerdeten Niederschlagselektroden sind über Kontaktstellen miteinander verbunden und liegen üblicherweise auf Masse/Erde. Die spannungsführenden Niederschlagselektroden liegen untereinander vorzugsweise ebenfalls auf demselben elektrischen Potential und sind über Kontaktstellen elektrisch miteinander verbunden sowie mit dem Hochspannungserzeuger, der die Hochspannung liefert.
Vorzugsweise sind die lonisationseinheit und die Abscheideeinheit in einem Gehäuse angeordnet. Jedoch ist ein Gehäuse nicht zwingend erforderlich. Die lonisationseinheit und die Abscheideeinheit können in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sein. Optional können die lonisationseinheit und die Abscheideeinheit in räumlich voneinander getrennten Gehäusen oder ohne Gehäuse räumlich voneinander getrennt sein.
Weiterhin können optional zur Erzielung einer höheren Filtereffizienz mehrere Niederschlagselektroden beziehungsweise Filterlagen >= 1 als gleichgepolte
Niederschlagselektrode hintereinander eingesetzt werden. Die Anzahl der geerdeten Niederschlagselektroden zwischen zwei spannungsführenden Niederschlagselektroden kann >= 1 sein. Dasselbe gilt auch im umgekehrten Fall, das heißt die Anzahl der spannungsführenden Niederschlagselektroden zwischen zwei geerdeten Niederschlagselektroden kann >= 1 sein.
Die vorliegende Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird mit der Erfindung eine Senkung der Komplexität erzielt. Durch den einfachen Aufbau der Abscheideeinheit entstehen, relativ betrachtet, Kostenvorteile zu elektrostatischen Filtern mit Platten- und Rohrabscheidern, die im Allgemeinen höhere Material- und Fertigungsaufwendungen erfordern.
Bei klassischen elektrostatischen Filtern mit Platten- oder Rohrabscheidung werden die festen und flüssigen Partikel an den Platten oder Rohrwänden abgeschieden. Aufgrund der glatten Oberflächenbeschaffenheit dieser Platten/Rohre fließt das Öl in Richtung der Erdanziehung ab. Dabei ist bei diesen Systemen steht ein Ölauffangbehälter oder eine Auffangrinne vorzusehen, da diese Abscheideplatten beziehungsweise Abscheidrohre das Öl an deren Oberflächen nicht speichern können. Bei der vorliegenden Erfindung hingegen sind keine zusätzlichen Ölauffangbehälter oder Auffangrinnen notwendig. Das zwischen den einzelnen luftdurchlässigen Niederschlagselektroden abgeschiedene / gefilterte Partikelgut bleibt aufgrund von Kapillarität zwischen diesen hängen. Somit vermag der erfindungsgemäße Abscheidebereich diese Partikel zu speichern.
Bezugszeichenliste
1 Filtereinheit
2 lonisationseinheit
20 lonisationselektrode
21 Gegenelektrode
3 Abscheideeinheit
30 spannungsführende Niederschlagselektrode
31 geerdete Niederschlagselektrode
32 Luftdurchlassöffnung
L Luftströmungsrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrostatische Filtereinheit für eine Luftreinigungsvorrichtung, wobei die Filtereinheit (1) eine lonisationseinheit (2) und eine Abscheideeinheit (3) mit mindestens einer spannungsführenden Niederschlagselektrode (30) und mindestens einer geerdeten Niederschlagselektrode (31) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Niederschlagselektroden (30, 31) luftdurchlässig sind.
2. Elektrostatische Filtereinheit nach Anspruch 1 , wobei die Strömungsrichtung (L) der Luft, die die Niederschlagselektroden (30, 31) anströmt, in einem Winkel a im Bereich von 0 < a < 90°, beispielsweise 45° oder 90° zu der Fläche der Niederschlagselektroden (30, 31) liegt.
3. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei benachbarte Niederschlagselektroden (30, 31) zueinander einen Abstand in einem Bereich von 0 bis 20mm, vorzugsweise 0 bis 2mm.
4. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens zwei zueinander benachbarte Niederschlagselektroden spannungsführende Niederschlagselektroden (30) oder mindestens zwei zueinander benachbarte Niederschlagselektroden geerdete Niederschlagselektroden (31) sind.
5. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine der Niederschlagselektroden (30, 31), insbesondere die spannungsführenden Niederschlagselektroden (30), eine elektrische Isolierungsbeschichtung aufweist.
6. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Niederschlagselektroden (30, 31) aus luftdurchlässigem Material bestehen.
7. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Niederschlagselektroden (30, 31) aus einem luftundurchlässigen Material mit mindestens einer Luftdurchlassöffnung (32) bestehen.
8. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens eine Niederschlagselektrode (30, 31) aus Streckmetall, Drahtgitter, Drahtgewebe, Faserwerkstoff, Vlies, Lochblech, Sinterkunststoff oder Schaumstoff besteht.
9. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens zwei Niederschlagselektroden (30, 31) so zueinander angeordnet sind, dass deren
Struktur um eine Achse in der Ebene der Niederschlagselektrode (30, 31) gedreht, liegen.
10. Luftreinigungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das dieser zumindest eine elektrostatische Filtereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
11. Luftreinigungsvorrichtung nach Anspruch 11 , wobei die Luftreinigungsvorrichtung eine Dunstabzugshaube darstellt und die mindestens eine Filtereinheit (1) an der Lufteinlassöffnung der Dunstabzugshaube angeordnet ist.
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