EP4200058A2 - Luftreinigungseinheit und verfahren zur beschichtung einer elektrode einer luftreinigungseinheit - Google Patents

Luftreinigungseinheit und verfahren zur beschichtung einer elektrode einer luftreinigungseinheit

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EP4200058A2
EP4200058A2 EP21752621.9A EP21752621A EP4200058A2 EP 4200058 A2 EP4200058 A2 EP 4200058A2 EP 21752621 A EP21752621 A EP 21752621A EP 4200058 A2 EP4200058 A2 EP 4200058A2
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EP
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electrode
air
electrodes
module
cleaning unit
Prior art date
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Application number
EP21752621.9A
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English (en)
French (fr)
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Johannes Pradler
Irén Dornier
Wolfgang Wagner
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Dornier New Technologies GmbH
Original Assignee
Dornier New Technologies GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to an air cleaning unit according to the preamble of patent claim 1 .
  • the invention relates to such an air cleaning unit for use in a mobile air cleaning device, in a stationary air cleaning system or in a vehicle and very particularly for use in an aircraft. It also relates to a method for coating an electrode of such an air cleaning unit.
  • the plate ionizers in particular are limited to a size of several meters Plate length and plate spacing of a few centimeters.
  • plate ionizers cannot currently be installed in existing air conditioning systems, particularly in commercial aircraft, since the design and the relative dimensions of plate size and plate spacing do not do justice to the cramped structural conditions in a vehicle, particularly in an aircraft.
  • very high electrical voltages of 20 kV to 70 kV must be used.
  • Ionizers with wires have the disadvantage that, due to the nature of the system, they only produce effective ionization in the immediate vicinity of the wire due to the narrowing of the field lines that occurs there and therefore only work effectively at low air speeds, which makes them suitable for use in vehicles where high air throughputs are required , makes less suitable.
  • Electrostatic filters are known from US Pat. No. 4,056,372 A which also produce ions which attach themselves to impurities and are then deposited and collected at a cathode.
  • the cathodes are surrounded by porous materials in order to prevent the adhering dirt particles from falling off later (US 2016/0074877 A1).
  • a combination of these developments is shown and described in US Pat. No. 5,330,559 A, according to which air is first ionized (for example with ionization tubes) and the particles are then collected in electrostatic filters equipped with a cathode in the form of metal grids.
  • An electrostatic air cleaning device with plate-shaped filters or as a cylindrical round filter is known from US Pat. No. 5,330,559 A.
  • the air first flows through an ionizing device which has a plurality of negative electrode plates arranged parallel to one another and a plurality of positive electrode wires arranged between two electrode plates.
  • a high voltage of 6 to 20 kV direct current prevails between these electrodes.
  • Downstream of the ionizing device is a filter package, which consists of a ground grid, a filter medium that follows in the direction of flow, and a filter medium on top of it following semiconductor grid, a further filter medium and a downstream ground grid, which are assembled into a compact air cleaning unit.
  • the semiconductor grid is connected to a negative high voltage of about 12 to 45 kV DC and the two ground grids are each grounded.
  • dust particles present in the air are positively electrically charged and these are then deposited in the filter device, with an electric field having a high gradient being generated by the negatively fed semiconductor grid and the ground grid.
  • This air purification device thus has two electrostatic field generators, namely the ionizing device with the ground grid downstream of this in the flow direction of the air and then the negative high-voltage electrode located within the filter arrangement with the ground potential grid downstream of this in the flow direction.
  • the ground grid is arranged in front of the mechanical filter elements.
  • WO 2008/083 076 A2 shows and describes a two-stage filter device with an ionizer fitted between two mechanical filters, with the central ionization electrode being formed by a corona wire.
  • the central ionization electrode is formed by a corona wire.
  • another electrode In front of the first filter or behind the second filter, there is another electrode, between which an electrostatic field is built up and the corona wire.
  • a field electrode can also be provided between the corona wire and the respective mechanical filter.
  • the filter arrangement can also be designed as a ring-shaped, cylindrical filter.
  • US Pat. No. 8,167,984 B1 shows and describes a multi-stage electrostatic agglomeration device for removing particles from an air flow.
  • a plurality of electrostatic devices are spaced one behind the other in the flow direction of the air.
  • Each of these electrostatic devices has a plurality of plate electrodes extending in the flow direction such that the air flows between the plate electrodes.
  • a mechanical filter is arranged between each two adjacent electrostatic devices arranged one behind the other.
  • US 2005/0109204 A1 shows and describes an air filter unit equipped with an electrostatic precipitator, in which an ion generator with a first electrode having several rows of corona discharge wires and a second electrode provided in front of the mechanical filter unit is provided upstream of a mechanical filter medium and in the direction of flow a third electrode connected to electrical ground is provided in the air behind the mechanical filter unit.
  • a voltage of 10 to 15 kV is present between the first electrode, which has the corona wires, and ground.
  • the voltage drop between the second electrode and the third electrode creates an electric field that polarizes the fibers in the mechanical filter, thereby electrostatically attracting particles with opposite electrical charges to the filter fibers.
  • DE 3 502 148 C2 shows and describes an electrostatic air cleaner in which air is first passed through a pre-filter, which is followed by a corona discharge device.
  • the corona discharge device is followed by a dust collection device which has a plurality of dust collection electrodes between which the air to be cleaned flows.
  • a deodorizing filter loaded with activated carbon is provided behind the dust collection device.
  • US Pat. No. 9,468,935 B2 shows and describes an air filter system with an electrostatic precipitator module which has a first electrode grid through which the air initially flows and a second electrode grid, a mechanical filter element arranged downstream of this and a third electrode grid arranged thereafter. While the first electrode grid is connected to a negative high voltage and the third electrode grid is connected to a positive high voltage, the second electrode grid is grounded.
  • JP 6 290 891 B2 shows and describes an air cleaner with two stages through which the air to be cleaned flows in succession, namely an ionization stage and an electrostatic dust collection stage.
  • the ionization stage has a plurality of grounded plate electrodes between which a discharge electrode formed by a corona wire is arranged.
  • the dust collecting stage has a dust collecting filter in front of which a discharge electrode having a plurality of corona wires arranged side by side is provided and behind which a ground electrode is provided.
  • the dust collection stage and the ionization stage are each coupled with their own power supply.
  • An electrode arranged behind the mechanical filter element interacts electrically with the independent corona wire grid of the discharge electrode of the dust collection stage provided by the ionization module.
  • US Pat. No. 4,056,372 A shows an arrangement of electrode plates in which positive electrode plates and negative electrode plates are alternately arranged parallel to one another and air flows through the spaces formed between the plates.
  • the positive electrode plates are provided with needle tips as discharge electrodes at their front and rear edges in the flow directions.
  • the object of the present invention is to improve a generic air cleaning unit with at least one electrostatic filter module through which the air to be cleaned can flow, so that it can be integrated into existing air conditioning systems with a compact design and particles down to particle sizes of less than 0.1 ⁇ m, especially for long-term effective use against biological air pollution, e.g. viruses. Furthermore, a method for coating the electrode(s) of an electrostatic precipitator module used therein is to be specified.
  • An air cleaning unit with at least one electrostatic filter module through which air to be cleaned can flow which has at least one first electrode and at least one second electrode, between which the air to be cleaned flows and between which a first electric field can be generated by applying a high electrical voltage provided by a power supply module , wherein the at least one first electrode and the at least one second electrode form an ionizer and wherein a mechanical filter module with at least one mechanical filter element is arranged downstream of the electrostatic precipitator module in the direction of flow of the air to be cleaned, is characterized in that in the mechanical filter element or in the mechanical Filter module behind the mechanical filter element at least one third electrode is provided, wherein between the at least one second electrode and the at least one third electrode by applying an electrical voltage ei n second electric field can be generated.
  • the voltage applied between the at least one first electrode (anode) and the at least one second electrode (cathode) is preferably a DC voltage between 3 kV (3,000 volts) and 10 kV (10,000 volts), preferably between 5 kV and 10 kV, lies.
  • the potential of the at least one second electrode, i.e. the cathode is in the range of 10% to 20%, preferably 15%, of the high voltage applied to the at least one first electrode, i.e. the anode, relative to the system ground, for example 1,000 V.
  • the electrostatic precipitator module of the air purification unit forms a two-stage electrostatic precipitator whose first stage, which has at least one first electrode (anode) and at least one second electrode (cathode), forms an ionizer that generates a cold plasma.
  • a cold plasma which is also referred to as a non-thermal plasma, has a clear difference in terms of electron temperature and gas temperature compared to conventional hot plasma, such as that which occurs in an arc. That's how she can Electron temperature in a cold plasma can be several 10,000 K, which corresponds to average kinetic energies of more than 1 eV, while the gas temperature corresponds to the ambient temperature (e.g. room temperature). Despite their low gas temperature, such non-thermal plasmas can trigger chemical reactions via electron impacts.
  • an electric field is built up in the first electrostatic filter stage forming an ionization stage between the at least one first electrode and the at least one second electrode, which generates a non-thermal plasma in the air flowing through the electrodes at atmospheric pressure. Electrons originating from ionization processes are accelerated in such a way that they trigger impact ionization processes. In the event of collisions with other gas atoms or molecules contained in the air (e.g. biological or chemical pollutants), the electrons can transfer their energy to them and thus destroy them. The electron energy is sufficient to break covalent bonds in organic molecules.
  • the second electrostatic filter stage is formed by the at least one second electrode and the at least one third electrode.
  • at least one mechanical filter element of the mechanical filter module is designed as a particle or suspended matter filter, for example as a HEPA filter, or is at least partially integrated into it.
  • the first electric field created in the first stage, the ionization stage, between the at least one first electrode (anode) and the at least one second electrode (cathode) generates the cold plasma in the air flowing through, which kills or inactivates the biological air pollutants while the second stage, the particles contained in the air, for example the killed or inactivated biological air pollutants (viruses, bacteria, fungi), accelerated in the direction of the mechanical filter element and deposited there.
  • the killed or inactivated biological air pollutants viruses, bacteria, fungi
  • a second electric field is thus built up between the at least one second electrode and the at least one third electrode, which causes the previously charged particles to be accelerated from the ionizer in the direction of the mechanical filter, where they are collected in the filter material.
  • the invention implements an efficient ionizer that can be operated with relatively lower high voltage in order to emit less electromagnetic interference even in EMC-sensitive environments, particularly in commercial aircraft.
  • the at least one first electrode (anode) and the at least one second electrode (cathode) are preferably designed as plate electrodes.
  • the configuration of the electrodes of the ionization stage as plate electrodes enables a large-area expansion of the electric field extending over the mutually facing surfaces of the plate electrodes, with a simultaneous high air throughput.
  • a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes arranged alternately next to one another form a stack of plate electrodes, the result is a large cross-sectional area through which the air to be cleaned can flow.
  • a high air throughput is achieved with a compact design of the air purification unit.
  • the distance between the adjacent plate electrodes should preferably be selected such that an electric field strength of at least 650 kV/m, preferably up to 900 kV/m, forms between the two adjacent plate electrodes.
  • the height of the plate electrodes, i.e. the height of the respective plate gap, and the number of plate electrode pairs in the ionization stage, i.e. the number of plate gaps, together form the free cross-sectional area of the first electrostatic precipitator stage, which is required based on the size of the air flow to be cleaned (in volume unit per unit time) and the flow rate of the air is determined.
  • the length of the plate electrodes and thus of the respective plate gap in the direction of flow is preferably dimensioned in such a way that, at maximum flow rate, the free electrons formed in the ionization stage do not flow out of the static electric field between the plate electrodes, but instead cover the longest possible distance between the plate electrodes in order to cause collision reactions there to trigger which leads to an increased efficiency of the ionization.
  • a preferred flow rate of the air through the ionizer is a maximum of 1.75 m/s.
  • the preferred migration distance of the electrons at a given flow rate is preferably a maximum of 20% of the length of the respective plate electrode (measured in the flow direction).
  • the surfaces of the at least one first electrode and/or the at least one second electrode are provided at least in regions with a catalytic surface layer containing a titanium oxide, preferably in the form of titanium oxide nanoparticles, for example titanium dioxide nanoparticles, with these nanoparticles in Diameters are preferably less than 50 pm.
  • the surfaces of both the first electrode and the second electrode are preferably provided with this coating, although in a modified embodiment of the invention the coating can also be provided only on the surface of one of the two electrodes of an electrode pair, for example on the surface of the cathode be.
  • Such a surface layer causes the cold plasma created between the first and second electrodes to split volatile hydrocarbons and hydrocarbon compounds (so-called VOCs—volatile organic compounds) and break them down into short-chain hydrocarbon compounds, thus breaking down VOCs contained in the air. It is advantageous if the catalytic Surface layer of titanium isopropoxide (Ci2H2sO4Ti) with titanium oxide nanoparticles, such as titanium dioxide (TiO2), is formed.
  • the at least one first electrode (anode) designed as a plate electrode is shorter in the flow direction of the air to be cleaned than the at least one second electrode (cathode) also designed as a plate electrode, wherein the at least one second electrode extends beyond the at least one first electrode in the downstream direction and/or in the upstream direction.
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e. the anode
  • the at least one first electrode i.e.
  • the at least one needle extension which preferably has a rectangular cross section, tapers in two mutually orthogonal planes towards the needle tip.
  • the apex angle in the plane of the plate is preferably in a range between 30° and 45°, and is preferably 39° here as well.
  • the apex angle in of the plane perpendicular to the plane of the plate is preferably between 15° and 30° and is preferably 20°.
  • the surfaces of the at least one needle extension are not provided with the catalytic surface layer; the surface of the anode is consequently provided with the catalytic surface layer only in the area of the plate section.
  • the at least one third electrode which is preferably designed as a grid electrode, is connected to the electrical ground and is located both on the at least one first electrode and on the at least one second electrode an electrically positive voltage measured against ground, the positive voltage at the at least one first electrode being higher than the positive voltage at the at least one second electrode.
  • the potential difference between the at least one cathodic electrode of the pair of electrodes of the first electrostatic precipitator stage consisting of the at least one first electrode and the at least one second electrode and the negative (at least a third) electrode in or behind the mechanical filter element is between 1.5 kV and 2. 5 kV, this electrical voltage being in the range between 25% and 35% of the voltage in the first electrostatic precipitator stage, ie the ionization stage.
  • the at least one third electrode is tubular and is arranged in a tubular air outlet channel of the ring-cylindrical mechanical filter element.
  • a controllable DC voltage between the at least one first electrode and the at least one second electrode and between the at least one second electrode and the A constant direct voltage is applied to at least one third electrode during operation.
  • the voltage level in the first electrostatic precipitator stage is thus designed to be adjustable and is dynamically regulated to a maximum voltage value by an electronic controller, taking into account measured variables such as anion quantity, ozone content and flashover detection.
  • At least one sensor for monitoring the ozone content of the air is provided downstream of the arrangement of the at least one first electrode and the at least one second electrode in the flow direction of the air to be cleaned.
  • the ozone content of the air exiting from this electrode arrangement is controlled to a minimum below a permissible ozone value in the breathing air by influencing the electrical voltage applied between the first electrode and the second electrode by means of this sensor and a control and regulating device.
  • the mechanical filter module in particular the mechanical filter element, has at least one layer of activated carbon or an activated carbon filter element.
  • the activated charcoal it contains can adsorb any ozone produced in the ionization stage and release it again after it has been converted into oxygen.
  • At least one sensor for monitoring the amount of anions is additionally or alternatively provided behind the arrangement of the at least one first electrode and the at least one second electrode in the direction of flow of the air to be cleaned.
  • the intensity of the cold plasma produced is preferably regulated by means of this sensor and the control and regulation device by influencing the electrical voltage present between the first electrode and the second electrode.
  • a control and regulation device provided for carrying out the regulation records voltage flashovers occurring between the electrodes by constantly measuring the electrical voltage (II) present at the electrodes and the electrical current (I) flowing between the electrodes of the first stage (ionization stage) and in a value for the current rate of change dl/dt is formed in the control and regulation device. If this value exceeds a specified threshold value dlmax/dt, then the electrical voltage (U) is slightly reduced until the measured rate of current change is just below the specified threshold value again.
  • the control and regulation device in the ionization stage always generates the highest possible electrical field between the electrodes, i.e. a maximum electromagnetic field, without a significant number of voltage flashovers and thus the formation of arcs between the electrodes of the ionization stage.
  • a further control criterion is preferably the ratio of the actual electrical voltage present at the electrodes of the ionization stage to a predetermined target voltage. If this ratio exceeds the value of +/- 10% of the target voltage, for example, the controller intervenes.
  • the aforementioned measures prevent the formation of a hot plasma in the air flowing through and ensure that only a cold plasma, ie a non-thermal plasma, is formed in the ionization stage.
  • An input variable for the control and regulation device is preferably also the differential pressure prevailing between the air inlet and the air outlet of the mechanical filter module of the second electrostatic filter stage.
  • Shielding device is surrounded and forms with this an electrostatic precipitator unit, wherein In the direction of flow of the air to be cleaned, at least one shielding module through which the air can flow is provided before and/or behind the electrostatic precipitator module, which has a large number of air passage elements, each of which defines an air passage duct surrounded by a duct wall, with the through-flow shielding module having at least one honeycomb panel , whose individual honeycombs are open at both ends and each form one of the air passage channels, the respective channel wall being electrically conductive or having an electrically conductive surface.
  • Such a shielding device shields the electrostatic precipitator module in such a way that no electromagnetic radiation can escape to the outside without the air flow passing through the electrostatic precipitator module being significantly impeded.
  • Such an EMC shielding can preferably be provided, for example, in vehicles, in particular in aircraft.
  • An embodiment in which such a flow-through shielding module is provided both on the air inlet side and on the air outlet side of the electrostatic precipitator module is
  • the respective honeycomb panel preferably consists of electrically non-conductive material, preferably paper, cardboard or a plastic, as the carrier material, the surface of which is at least partially provided with an electrically and/or magnetically conductive material.
  • electrically non-conductive material preferably paper, cardboard or a plastic
  • the carrier material the surface of which is at least partially provided with an electrically and/or magnetically conductive material.
  • Such a honeycomb panel is particularly light and therefore particularly suitable for use in an aircraft.
  • the invention is also directed to an air cleaning system having an air cleaning unit according to the invention, in particular a vehicle interior air cleaning system, and to a ventilation and air conditioning system having such an air cleaning system, in particular for a vehicle or in a vehicle.
  • the invention is also aimed at a vehicle, in particular an aircraft, with at least one such air cleaning unit according to the invention.
  • the invention is also directed to a method for coating an electrode for an electrostatic precipitator module of an air purification unit according to the invention with a catalytic surface layer containing a titanium oxide, preferably titanium dioxide, with the steps: a) providing a solution of titanium isopropoxide in isopropanol; a') providing a suspension of titanium oxide nanoparticles, in particular titanium dioxide nanoparticles, in isopropanol and subjecting the suspension to ultrasonic vibrations; b) mixing the solution obtained in step a) with the suspension obtained in step a') to form a suspension immersion bath; c) immersing the electrode to be coated for a predetermined immersion period in the suspension immersion bath; d) withdrawing the coated electrode from the suspension immersion bath; e) drying the coated electrode for a first predetermined drying period at room temperature; f) heating the coated electrode with a predetermined first heating temperature gradient
  • the electrodes to be coated are preferably degreased and dried and heated to a temperature of over 100.degree. C., preferably to 105.degree. C., before being immersed in the suspension immersion bath in step c).
  • the predetermined immersion period in step c) is preferably 5 minutes. during this immersion in step c) and before that, the immersion bath is preferably subjected to ultrasonic vibrations in order—as in step a′)—to ensure uniform distribution of the titanium oxide nanoparticles and to prevent agglomeration of the titanium oxide nanoparticles in the suspension.
  • a step d′) is preferably provided in which excess suspension can drip off the electrode; this draining period is preferably 10 minutes.
  • the first drying period for drying the coated electrode at room temperature in step e) is preferably 12 hours.
  • the coated electrode is preferably heated in step f) with a first heating temperature gradient of 3° C. per minute to a drying temperature of 100° C. with a subsequent second drying period of preferably one hour in step g).
  • the second heating temperature gradient for heating the coated electrode up to the initial firing temperature in step h) is also preferably 3°C per minute up to the initial firing temperature of preferably 500°C.
  • the firing temperature in step i) is preferably 650°C and the preferred firing time is one hour.
  • steps c) to e) or c) to g) are carried out several times in succession—preferably with cooling steps provided in between.
  • steps c) to e) or c) to g) are carried out several times in succession—preferably with cooling steps provided in between.
  • diethanolamine is added to the solution of titanium isopropoxide and isopropanol in step a) before further processing.
  • diethanolamine supports stable formation of the suspension, in particular when water (preferably distilled) is added at the same time.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an air cleaning unit according to the present invention
  • FIG. 3 shows a plan view of the first and second electrodes, designed as plate electrodes, of the first electrostatic precipitator stage in the direction of arrow III in FIG. 2, ie in the direction of flow of the air;
  • FIG. 4 shows a section of a first electrode of the plate electrode stack from FIG. 3 in the direction of arrow IV;
  • FIG. 5 shows a section of the plate electrode stack from FIG. 3 in the direction of arrow V with first and second electrodes shown in section;
  • FIG. 6 shows a process engineering diagram of a vehicle interior air cleaning system with an air cleaning unit according to the invention
  • FIG. 7 shows an example of an air purification unit according to the invention provided with a shielding device for the electrostatic precipitator module and
  • FIG. 8 shows a flow chart of a method according to the invention for the catalytic coating of electrodes for an air cleaning unit according to the invention.
  • Fig. 1 shows an air cleaning unit 1 according to the invention with an upper housing 10 and a lower housing 12.
  • the lower housing 12 has an air inlet 11 on its underside for the air to be cleaned, which is contaminated with pollutants and harmful particles, which flows in the direction of flow V through the lower housing 12 and the upper housing 10 and the filters contained therein.
  • An ionizer 20 of an electrostatic filter module 2 is arranged in the lower housing 12 and forms a first electrostatic filter stage 21 with first electrodes 22 (anodes) designed as plate electrodes and with second electrodes 24 (cathodes) designed as plate electrodes (FIG. 2).
  • the mechanical filter module 3 is designed as a ring-cylindrical filter cartridge with a radially outer inlet surface 32 for the air to be cleaned and an air outlet duct 33 designed as an inner exhaust air duct, the peripheral surface of which forms an outlet surface 34 for the cleaned air.
  • the cleaned air flows out again through a lateral opening (not shown) in the upper housing 10, as is symbolized by the arrow V.
  • the mechanical filter module 3 can also be designed differently, for example as a box-shaped filter module 103, as shown schematically in FIG.
  • a third electrode 26 designed in the form of a ring cylinder, the electrically conductive cylinder wall 27 forming the electrode surface of which is perforated or hollow a net or grid.
  • sensors 4, 5 for monitoring the ionization power for example a sensor 4 for monitoring the amount of anions and a sensor 5 for monitoring the ozone content of the air behind the ionizer.
  • Fig. 2 the structure of the ionizer 20 is shown in a vertical section.
  • the first electrodes 22, designed as plate electrodes, and the second electrodes 24, also designed as plate electrodes, are arranged alternately parallel to one another and at a lateral distance from one another, with a plate gap 25 being formed between adjacent electrodes, which provides a passage for the air flow V of the air to be cleaned forms.
  • the plurality of first electrodes 22 and second electrodes 24 arranged alternately one after the other form a plate stack 2' of the electrostatic precipitator module 2.
  • the first and the last electrode of the plate stack 2' is preferably a second electrode 24 forming a cathode.
  • a row of UV light sources 6 (preferably UVC light sources) is arranged in the flow direction V behind the ionizer 20 in the upper housing 10 in the flow direction V in front of the mechanical filter 3 .
  • UV light sources 6 preferably UVC light sources
  • the provision of these additional UV light sources 6 is optional.
  • the first and second electrodes 22, 24 of the ionizer 20, designed as plate electrodes, are connected via an electrically conductive connection (not shown) to a power supply module 7, designed as a controllable high-voltage source and only shown schematically in Fig. 1, which connects the first and second electrodes 22, 24 of the Ionizer 20 with a high electrical voltage (DC voltage) of, for example, 3 kV to 10 kV applied.
  • the third electrode 26 is connected to electrical ground.
  • a constant, lower DC voltage of 1000 V for example.
  • An electrically positive voltage measured against ground is therefore present both at the first electrodes 22 and at the second electrodes 24, with this positive voltage at the first electrodes 22 being higher than the positive voltage at the second electrodes 24.
  • the first electrodes 22 each have a central plate section 22', on which needle extensions 28 described further below are formed (FIG. 4).
  • the central plate sections 22' of the first electrodes 22 are shorter in the direction of flow (V) of the air to be cleaned than the plates of the second electrodes 24, with the longer plates of the second electrodes 24 in the upstream direction and in the downstream direction extending beyond the upstream and downstream plate edges, respectively 22'" of the relevant central plate section 22' and also project beyond the tips 28' of the needle extensions 28 of the adjacent first electrodes 22.
  • the electrically conductive needle extensions 28 are provided on the respective (in the direction of flow of the air to be cleaned) front edge and, in the example shown, also on the rear edge of the shorter plate of the first electrodes 22 and thus extend in the downstream direction and in the example shown also in the upstream direction the plate edge of the respective plate section 22', but not up to the level of the respective upstream edge 24' or the downstream edge 24" of the longer, second, plate-like electrode 24.
  • the points of the highest electric field strength namely the tips 28' of the Needle extensions 28 forming the anodes first electrodes 22, the respective plate electrode surface of the adjacent second electrodes 24 forming the cathode.
  • the length of the respective needle extension 28 is, for example, 0.7 times the plate spacing a between adjacent first and second electrodes 22, 24.
  • FIG. 3 shows the stack of plates 2' of the alternatingly arranged first electrodes 22 and second electrodes 24 of the first electrostatic precipitator stage 21 designed as an ionizer in a plan view in flow direction V of the air to be cleaned.
  • the first electrodes 22 are each provided over their entire height with a plurality of needle extensions 28 spaced evenly apart from one another.
  • the lateral spacing b of the adjacent needle extensions 28 of a plate electrode (Fig. 4) is, for example, at least 1.5 times the plate spacing a between the adjacent first and second electrodes 22, 24.
  • the needle extensions 28 are formed on the first electrodes 22 that are shorter in the flow direction V and that the second electrodes 24 extend in the flow direction V beyond the tips 28 ′ of the needle extensions 28 .
  • Fig. 4 shows a view of a first electrode 22 designed as an anode and a second electrode 24, located behind it and designed as a cathode, which is largely hidden, in the direction of arrow IV in FIG Length Li measured in the flow direction V is shorter than the length L2 of the second electrode 24 measured in the flow direction V.
  • a multiplicity of electrically conductive needle extensions 28 extend both on the upstream air inlet side Qi and on the downstream air outlet side Q2, which are formed integrally with the central plate section 22' and, together with this, the respective first electrode 22 form.
  • the individual needle extensions 28 are arranged at a lateral distance from one another and the point angle a of each needle extension 28 measured in the plane of the plate is 39° in the example shown.
  • the respective tips 28' of the needle extensions 28 lie opposite the plate-like surface of the respective adjacent second electrode 24 and do not extend up to the height of their respective edge 24', 24'", but are spaced therefrom so that the overall length L3 of the first electrode 22 measured in the flow direction V between the respective tips 28 'of the needle extensions 28 is less than the length L2 of the second electrode 24.
  • the shorter first electrodes 22 measured between the respective tips 28' of the needle extensions 28 are in relation to the longer plates of the second electrodes 24 (length L2) on both sides in the direction of flow, i.e.
  • the plate spacing a can be between 7 mm and 14 mm, for example.
  • the central plate portion 22' of the respective first electrode 22 forming the anode is provided with a catalytic surface layer 29 which extends substantially over the entire surface of the central plate portion 22', but not on the Surface of the needle extensions 28 is provided.
  • the first electrode 22 is on each of its two large surfaces, each of which faces a second electrode 24, in the region of its central plate portion 22' is coated with a catalytic surface layer 29.
  • This catalytic surface layer 29 preferably consists, as explained further below, of titanium dioxide (TiO 2 ) or has titanium dioxide, preferably in the form of nanoparticles.
  • the large-area surfaces of the respective second, cathodic electrodes 24 are also provided with such an electrode, at least on the large-area surfaces which face one of the first electrodes 22 Provided surface layer 29 ', although it would be sufficient, only the
  • the carrier material forming the core 22" of the respective first electrode and the carrier material forming the core 24" of the respective second electrode 24 consists of an electrically conductive material, for example a metal, preferably titanium.
  • Fig. 5 it can also be seen that the respective needle extensions 28 are also sharpened in the plane perpendicular to the plane of the plate shown in Fig. 4, the respective point angle ß in the plane of Fig. 5, i.e. perpendicular to the plane of the plate, in the example shown is 20°.
  • the respective plate spacing a between the first electrodes 22 and the second electrodes 24 is the same over the entire width of the plate stack 2' and determines the width of a plate gap 25, which in each case is a passage for the air flow forms.
  • FIG. 6 shows a schematic flow diagram of an example of an air cleaning system 100 having an air cleaning unit 101 according to the invention for an interior using the example of a vehicle cabin 110.
  • the air cleaning unit 101 according to the invention can also be used as a mobile air cleaning system in the form of a mobile air cleaning device for building spaces, for example for living spaces, Offices or classrooms in schools can be used, for which the following explanations apply analogously.
  • the vehicle cabin 110 which is only shown schematically, for example the passenger cabin of an aircraft, a railroad car or a bus or a passenger ship or also an elevator cabin of a building elevator, is equipped with a plurality of supply air ducts 112, 113 forming air inlets 112', 113' and air outlets 114', 115 'Forming exhaust ducts 114, 115 provided.
  • the air from the interior 111 of the vehicle cabin 110 is discharged through the exhaust air ducts 114 , 115 and an exhaust air duct system 116 connected thereto and fed to a raw air inlet 117 of the air purification system 100 .
  • the air purification system 100 has a mechanical pre-filter module 120 with at least one filter medium 120′ (FIG. 7) downstream of the untreated air inlet 117 in the direction of flow V of the air to be cleaned, with which coarser particles are removed from the air.
  • a mechanical coarse filter and/or a high-performance particle filter (HEPA filter) can be provided here, for example, as the filter medium 120′.
  • the shielding device 130 described below in connection with FIG. 7 shields the surroundings of the electrostatic precipitator module 102 from electromagnetic pulses and forms an EMC shielding device 130.
  • An axial fan 129' is provided as an air conveying device 129 between the pre-filter module 120 and the air purification unit 101 with the electrostatic precipitator module 102 or behind the air purification unit 101 with the electrostatic precipitator module 102, the rotating air blade wheel 129" of which effects the air flow in the flow direction V.
  • An adsorption filter module 125 with an activated carbon filter bed 125′ can be provided downstream of the air cleaning unit 101 with the electrostatic filter module 102 in the direction of flow V, in which ozone in particular is removed from the air.
  • a molecular sieve filter can also be provided in the adsorption filter module 125, which can also remove chemical substances from the air and deposit them on the filter surface of the molecular sieve filter. If the mechanical filter module 103 contained in the electrostatic precipitator module 102 in addition to the as HEPA filter trained mechanical filter element 103 'already
  • the adsorption filter module 125 can also be omitted.
  • a further mechanical filter module 127 can optionally be provided downstream of the adsorption filter module 125 in the direction of flow V, which is designed as a particulate filter and has a filter medium 127′ which removes particulate matter from the air that is still present in the air.
  • the filter medium 127' of the further mechanical filter module 127 is also formed by a HEPA filter.
  • the cleaned air exiting from the further filter module 127 then exits the clean air outlet 118 of the air cleaning device 100 into an air supply duct arrangement 119 connected to the air supply ducts 112, 113 and is fed back into the vehicle cabin 110 as supply air Z.
  • the adsorption filter module 125 and the further mechanical filter module 127 form a filter unit 128' for particle separation and/or for the separation of chemical air pollution downstream of the electrostatic precipitator module 102.
  • This filter unit 128' can preferably form an integral filter arrangement 128 together with the electrostatic precipitator unit 3 and the pre-filter module.
  • the clean air outlet openings of the mobile air cleaning device that open directly into the room correspond to the clean air outlet of the air cleaning system and the air inlet openings of the mobile air cleaning device for the air to be cleaned correspond to the raw air inlet of the air cleaning system.
  • FIG. 7 shows an example of a schematic, exploded view of the individual components of an air cleaning system 100 with the air cleaning unit 101 according to the invention.
  • This air cleaning system 100 has the mechanical prefilter 120 behind the raw air inlet 117, i.e. behind the entry of the exhaust air A contaminated with pollutant particles P from the vehicle cabin 110 with the filter medium 120 ', with which rough Particles are already removed from the air.
  • the first electrostatic precipitator stage 121 of the electrostatic precipitator module 102 is constructed from a plate arrangement of plate-shaped first electrodes 122 and plate-shaped second electrodes 124 arranged alternately in a plate stack 2', the first electrodes 122 are provided with needle extensions as in the example of FIGS. 1 to 5 and form the anodes and the second electrodes 124 form the cathodes.
  • the electrical high voltage (DC voltage) that is provided by a power supply module 107 and can be controlled or regulated is applied to the first electrodes 122 and second electrodes 124 . To avoid repetition, reference is therefore made to the description of FIGS.
  • the mechanical filter module 103 provided in flow direction V of the air after the first electrostatic precipitator stage 121 and the third electrode 126 of the second electrostatic precipitator stage 123 associated with it and connected to the electrical ground M, reference is made to the description of the 1 to 5, the mechanical filter module 103, as in the example in FIGS. 1 to 5, being tubular-cylindrical or alternatively as a mechanical filter module 103 in the form of a cuboid block through which flow occurs longitudinally, as shown in FIG.
  • the third electrode as in the example in FIGS. 1 to 5—is provided either inside the filter module 103 or (as shown in FIG.
  • the shielding device 130 designed as a high-frequency shielding device represents an EMP shielding device and has a peripheral shielding wall 132 that surrounds the electrostatic precipitator module 102 with the mechanical filter module 103, i.e. the first electrostatic precipitator stage 121 and the second electrostatic precipitator stage 123, and is impermeable to high-frequency radiation (HF).
  • HF high-frequency radiation
  • an electrically conductive material or a material with an electrically conductive surface and is electrically conductively connected to an electrical ground M of the electrostatic precipitator module 102 In a modified embodiment that is suitable for lower shielding requirements, only the first electrostatic precipitator stage 121 is surrounded by the shielding device 130 .
  • a block-like shielding module through which the air can flow is provided in front of the air inflow side and behind the air outflow side of the electrostatic precipitator module 102, namely an inflow-side shielding module 134 and an outflow-side shielding module 136, which are each connected to the peripheral shielding wall 132 in an HF-tight manner is.
  • the respective shielding module 134, 136 through which the air can flow has a frame 134', 136' made of an electrically conductive material or a material with an electrically conductive surface, which is connected to the peripheral shielding wall 132 in an HF-tight manner and which is also electrically is conductively connected to the electrical ground M of the electrostatic precipitator module 102 .
  • a honeycomb panel 135, 137 is mounted in the respective frame 134', 136', the individual honeycombs 135', 137' of which are open at both ends and each form an air passage duct 138, 139 with a duct wall 138', 139', as is shown in can be seen in the detail view shown enlarged.
  • the length of the individual air passage channels 138, 139 is several times greater than their respective cross section, so that the air passage channels 138, 139 each form a tube with a hexagonal cross section.
  • the respective honeycomb panel 135, 137 consists either of an electrically conductive material, preferably aluminum or an aluminum alloy, or it consists of electrically non-conductive material, preferably paper, cardboard or a plastic, as the carrier material, the surface of which is provided, preferably coated, with an electrically conductive material at least in certain areas.
  • the respective honeycomb panel 135, 137 is also connected to the associated frame 134', 136' of the relevant shielding module 134, 136 in an electrically conductive and HF-tight manner.
  • a UV filter module 104 is optionally provided within the air cleaning unit 101, which is shown only schematically as a UV light source 140 in FIG. Several UV light sources distributed over the circumference and in the axial direction can also be provided. The UV filter module 104 with its at least one UV light source can also be integrated into the electrostatic filter module 102.
  • hydrocarbons are thus also removed from the supplied ambient air by the electrostatic precipitator module 102 . This avoids, for example, that in Stationary operation of the vehicle, in particular an aircraft, aspirated
  • Impurities are spread in the vehicle cabin.
  • pre-filter 120 air purification unit 101 with the electrostatic precipitator module 102 and optionally the adsorption filter module 125 and the—if present—additional filter module 127 can preferably be combined as an integral filter arrangement 128.
  • Fig. 8 shows a flow chart of a method according to the invention for coating an electrode 22, 24, in particular an anode 22, of an air purification unit according to the invention with a catalytic surface layer 29, 29' containing titanium oxide nanoparticles, as shown in the example in Figures 4 and 5.
  • a solution of titanium isopropoxide (Ci2H2sO4Ti), abbreviated as TTIP and also referred to as tetraisopropyl orthotitanate or tetraisopropyl titanate, in isopropanol (CsHsO) is prepared in step 200 and then made available for further processing (method step a).
  • this solution is a 0.5 molar solution of titanium isopropoxide in isopropanol.
  • diethanolamine C4H11NO2
  • DEA diethanolamine
  • step 201 preferably until the molar ratio of DEA to TTIP is 4.
  • step 202 is then preferably stirred in step 202 for a predetermined period of time, for example for two hours, at room temperature (approx. 20° C.) and then made available for further processing.
  • Distilled water can preferably also be added to the mixture while stirring.
  • a suspension of titanium oxide nanoparticles in isopropanol is produced and provided (method step a′).
  • titanium oxide nanoparticles preferably titanium dioxide nanoparticles
  • step 203 titanium oxide nanoparticles, preferably titanium dioxide nanoparticles, are added to the liquid isopropanol with constant stirring, for Example in a ratio of 50 g (grams) of nanoparticles to 1,000 ml (milliliter) of isopropanol.
  • the size of the nanoparticles is preferably at most 50 ⁇ m.
  • this suspension is then subjected to ultrasonic vibrations by an ultrasonic generator 220 for a predetermined period of time, for example for one hour, in order to achieve a uniform distribution of the nanoparticles in the suspension and to prevent their sedimentation.
  • step 205 the solution of TTIP and isopropanol and optionally DEA obtained in process step a) is then mixed with the suspension of titanium oxide nanoparticles in isopropanol obtained in process step a′) to form a suspension immersion bath with stirring (process step b).
  • step 206 the electrodes to be coated, which were previously degreased in step 206', dried and heated to a temperature of 105° C. and in which the areas not to be coated (for example the needle extensions 28) are covered, are placed in this suspension immersion bath were immersed for a predetermined immersion period (e.g. for five minutes) (method step c). It is advantageous here if ultrasonic vibrations are applied to the suspension immersion bath by an ultrasonic generator 222 in order to prevent agglomeration of the nanoparticles.
  • the suspension liquid still adhering to the coated electrodes is preferably first allowed to drip off in step 208 for a predetermined dripping period (e.g. for 10 minutes) (method step d') and then in step 209 for a first predetermined drying period at room temperature, for example 12 hours (method step e).
  • a predetermined dripping period e.g. for 10 minutes
  • step 210 the coated electrodes are heated with a predetermined first heating temperature gradient of preferably 3 °C/min to an increased drying temperature of approx. 100 °C (process step f).
  • the heated coated electrodes are then dried in step 211 for a second specified drying period of preferably one hour at the elevated drying temperature (method step g).
  • the coated electrodes dried in this way are then heated in step 212 with a predetermined second heating temperature gradient, which is preferably also 3 °C/min, up to an initial firing temperature of approx. 500 °C (method step h) and then in step 213 fired for a predetermined firing period of preferably one hour at a predetermined firing temperature of, for example, 650° C. (method step i).
  • a predetermined second heating temperature gradient which is preferably also 3 °C/min, up to an initial firing temperature of approx. 500 °C (method step h) and then in step 213 fired for a predetermined firing period of preferably one hour at a predetermined firing temperature of, for example, 650° C. (method step i).
  • the fired electrodes are finally cooled to room temperature in step 214 for a predetermined cooling period of, for example, 12 hours (method step j).
  • steps 206 to 209 or 206 to 211 are repeated one or more times, as symbolically represented by the broken line or the dash-dotted line in FIG.
  • four repetitions, ie five immersions, have proven to be advantageous.
  • Electrostatic filter module mechanical filter module ' mechanical filter element

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Abstract

Eine Luftreinigungseinheit mit zumindest einem von zu reinigender Luft durchströmbaren Elektrofiltermodul (2, 102), das zumindest eine erste Elektrode (22, 122) und zumindest eine zweite Elektrode (24, 124) aufweist, zwischen denen die zu reinigende Luft hindurchströmt und zwischen denen durch Anlegen einer von einem Stromversorgungsmodul (7, 107) bereitgestellten elektrischen Hochspannung ein erstes elektrisches Feld erzeugbar ist, wobei die zumindest eine erste Elektrode (22, 122) und die zumindest eine zweite Elektrode (24, 124) einen Ionisator (20) bilden und wobei dem Elektrofiltermodul (2, 102) in Strömungsrichtung (V) der zu reinigenden Luft ein mechanisches Filtermodul (3, 103) mit zumindest einem mechanischen Filterelement (30, 103') nachgeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass in dem mechanischen Filterelement (30, 103') oder im mechanischen Filtermodul (3, 103) hinter dem mechanischen Filterelement (30, 103') zumindest eine dritte Elektrode (26, 126) vorgesehen ist, wobei zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124) und der zumindest einen dritten Elektrode (26, 126) durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein zweites elektrisches Feld erzeugbar ist.

Description

Luftreinigungseinheit und Verfahren zur Beschichtung einer Elektrode einer Luftreinigungseinheit
Diese Patentanmeldung nimmt die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen DE 10 2020 121 872.9 vom 20.08.2020 und DE 10 2020 121 987.3 vom 21 .08.2020 in Anspruch.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftreinigungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Luftreinigungseinheit zum Einsatz in einem mobilen Luftreinigungsgerät, in einer stationären Luftreinigungsanlage oder in einem Fahrzeug und ganz besonders zum Einsatz in einem Luftfahrzeug. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur Beschichtung einer Elektrode einer derartigen Luftreinigungseinheit.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es existieren eine Vielzahl von Luftreinigungsgeräten unterschiedlicher Bauart. Einfache Filtersysteme arbeiten mit sogenannten HEPA-Filtern um Partikel mit Größen bis ca. 0,3-0, 1 pm effektiv herauszufiltern. Außerdem existieren elektrische Filtereinrichtungen, so genannte Luftionisatoren, die Ionen produzieren, welche sich an Kleinstpartikel anlagern oder durch die Erzeugung von Mikrooxidation in direkter Nähe der lonisationsprozesse Partikel und Gerüche zerstören. Hierbei werden vielfach sogenannte lonisationsröhren verwendet oder Corona-Entladungen an speziellen Elektroden erzeugt. Bei den bisher üblichen Ausführungen wird die Ionisation durch dünne Drähte, die im Luftstrom aufgespannt sind, erzeugt. Teilweise werden auch Plattenanordnungen oder Röhren-Systeme verwendet. Insbesondere die Platten-Ionisatoren sind jedoch auf eine Baugröße von mehreren Metern Plattenlänge und Plattenabstände von einigen Zentimetern ausgelegt. Dadurch lassen sich Plattenionisatoren derzeit nicht in bestehende Klimatisierungs-Systeme, insbesondere in Verkehrsflugzeugen, einbauen, da die Bauart und die relativen Dimensionen von Plattengröße und Plattenabständen nicht den engen Bauverhältnissen in einem Fahrzeug, besonders in einem Luftfahrzeug, gerecht werden. Außerdem müssen sehr hohe elektrische Spannungen von 20 kV bis 70 kV verwendet werden. Ionisatoren mit Drähten weisen den Nachteil auf, dass sie systembedingt nur in direkter Nähe zum Draht durch die dort auftretende Verengung der Feldlinien eine wirksame Ionisation erzeugen und somit nur bei geringen Luftgeschwindigkeiten effektiv funktionieren, was sie für den Einsatz in Fahrzeugen, wo hohe Luftdurchsätze erforderlich sind, weniger geeignet macht.
STAND DER TECHNIK
Aus der US 4 056 372 A sind Elektrostatik-Filter bekannt, die ebenfalls Ionen erzeugen, welche sich an Verunreinigungen anheften und dann an einer Kathode abgeschieden und gesammelt werden. Es gibt hierzu vielfältige Weiterentwicklungen, bei denen die Kathoden mit porösen Materialien umgeben werden um ein späteres Abfallen der anhaftenden Schmutzpartikel zu verhindern (US 2016 / 0074877 A1 ). Eine Kombination dieser Weiterentwicklungen zeigt und beschreibt die US 5 330 559 A, gemäß der Luft zunächst ionisiert wird (zum Beispiel mit lonisationsröhren) und die Partikel dann in elektrostatischen Filtern, die mit einer Kathode in Form von Metallgittern ausgestattet sind, gesammelt werden.
Aus der US 5 330 559 A ist eine elektrostatische Luftreinigungseinrichtung mit plattenförmigen Filtern oder als zylindrischer Rundfilter bekannt. Die Luft strömt hierbei zunächst durch eine lonisiervorrichtung, die eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten negativen Elektrodenplatten und eine Mehrzahl von jeweils zwischen zwei Elektrodenplatten angeordneten positiven Elektrodendrähten aufweist. Zwischen diesen Elektroden herrscht eine Hochspannung von 6 bis 20 kV Gleichstrom. Der lonisiervorrichtung nachgeordnet ist ein Filterpaket, das aus einem Massegitter, einem in Strömungsrichtung folgenden Filtermedium, einem darauf folgenden Halbleitergitter, einem weiteren Filtermedium und einem stromabwärtigen Massegitter besteht, die zu einer kompakten Luftreinigungseinheit zusammengebaut sind. Das Halbleitergitter ist an eine negative Hochspannung von circa 12 bis 45 kV Gleichstrom angeschlossen und die beiden Massegitter sind jeweils an Masse gelegt. In der lonisiervorrichtung werden in der Luft vorhandene Staubpartikel positiv elektrisch aufgeladen und diese scheiden sich dann in der Filtereinrichtung ab, wobei durch das negativ gespeiste Halbleitergitter und die Massegitter ein elektrisches Feld mit einem hohen Gradienten erzeugt wird. Diese Luftreinigungseinrichtung weist somit zwei elektrostatische Felderzeuger auf, nämlich zum einen die lonisiervorrichtung mit dem dieser in Strömungsrichtung der Luft nachgeschalteten Massegitter und dann die innerhalb der Filteranordnung gelegene negative Hochspannungselektrode mit dem dieser in Strömungsrichtung nachgeschalteten Massepotentialgitter. Das Massegitter ist vor den mechanischen Filterelementen angeordnet.
Die WO 2008/083 076 A2 zeigt und beschreibt eine zweistufige Filtereinrichtung mit einem zwischen zwei mechanischen Filtern angebrachtem Ionisator, wobei die mittige lonisierungselektrode von einem Coronadraht gebildet ist. Vor dem ersten Filter bzw. hinter dem zweiten Filter ist eine weitere Elektrode angebracht, zwischen der und dem Coronadraht jeweils ein elektrostatisches Feld aufgebaut wird. Zusätzlich kann zwischen dem Coronadraht und dem jeweiligen mechanischen Filter noch eine Feldelektrode vorgesehen sein. Die Filteranordnung kann auch als ringförmig zylindrischer Filter ausgebildet sein.
Die US 8 167 984 B1 zeigt und beschreibt eine mehrstufige elektrostatische Agglomerationseinrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Luftstrom. Mehrere elektrostatische Vorrichtungen sind in Strömungsrichtung der Luft mit Abstand hintereinander angeordnet. Jede dieser elektrostatischen Vorrichtungen weist eine Mehrzahl von in Strömungsrichtung verlaufenden Plattenelektroden auf, sodass die Luft zwischen den Plattenelektroden hindurch strömt. Zwischen jeweils zwei benachbarten und hintereinander angeordneten elektrostatischen Vorrichtungen ist jeweils ein mechanisches Filter angeordnet. Die US 2005 / 0109204 A1 zeigt und beschreibt eine mit einem Elektrofilter ausgestattete Luftfiltereinheit, bei der stromaufwärts eines mechanischen Filtermediums ein lonengenerator mit einer mehrere Reihen von Corona- Entladedrähten aufweisenden ersten Elektrode und einer vor der mechanischen Filtereinheit vorgesehenen zweiten Elektrode vorgesehen ist und wobei in Strömungsrichtung der Luft hinter der mechanischen Filtereinheit eine an elektrischer Masse liegende dritte Elektrode vorgesehen ist. Zwischen der die Coronadrähte aufweisenden ersten Elektrode und der Masse liegt eine Spannung von 10 bis 15 kV an. Der Spanungsabfall zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode erzeugt ein elektrisches Feld, welches die Fasern im mechanischen Filter polarisiert, sodass dadurch Partikel mit entgegengesetzter elektrischer Ladung von den Filterfasern elektrostatisch angezogen werden.
Die DE 3 502 148 C2 zeigt und beschreibt einen elektrostatischen Luftreiniger, bei welchem Luft zunächst durch ein Vorfilter hindurchgeleitet wird, dem eine Corona- Entladevorrichtung nachgeordnet ist. Der Corona-Entladevorrichtung ist eine Staubsammelvorrichtung nachgeordnet, die eine Mehrzahl von Staubsammelelektroden aufweist, zwischen denen die zu reinigende Luft hindurchströmt. Hinter der Staubsammelvorrichtung ist ein desodorierendes Filter vorgesehen, das mit Aktivkohle beladen ist.
Die US 9 468 935 B2 zeigt und beschreibt ein Luftfiltersystem mit einem Elektrofiltermodul, welches ein zunächst von der Luft durchströmtes erstes Elektrodengitter sowie ein zweites Elektrodengitter, ein diesem nachgeordnetes mechanisches Filterelement und ein danach angeordnetes drittes Elektrodengitter aufweist. Während das erste Elektrodengitter an eine negative Hochspannung angeschlossen ist und das dritte Elektrodengitter an eine positive Hochspannung angeschlossen ist, ist das zweite Elektrodengitter an Masse gelegt.
Die JP 6 290 891 B2 zeigt und beschreibt einen Luftreiniger mit zwei nacheinander von der zu reinigenden Luft durchströmten Stufen, nämlich einer lonisierungsstufe und einer elektrostatischen Staubsammelstufe. Die lonisierungsstufe weist eine Mehrzahl von an Masse anliegenden Plattenelektroden auf, zwischen denen jeweils eine von einem Coronadraht gebildete Entladungselektrode angeordnet ist. Die Staubsammelstufe weist ein Staubsammelfilter auf, vor dem eine Entladungselektrode mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Coronadrähten vorgesehen ist und hinter dem eine Masseelektrode vorgesehen ist. Die Staubsammelstufe und die lonisationsstufe sind jeweils mit einer eigenen Stromversorgung gekoppelt. Eine hinter dem mechanischen Filterelement angeordnete Elektrode wirkt elektrisch mit dem vom lonisationsmodul vorgesehenen unabhängigen Coronadraht-Gitter der Entladungselektrode der Staubsammelstufe zusammen.
Die US 4 056 372 A zeigt eine Anordnung von Elektrodenplatten, bei der positive Elektrodenplatten und negative Elektrodenplatten parallel zueinander abwechselnd angeordnet sind und die zwischen den Platten gebildeten Zwischenräume von der Luft durchströmt werden. Dabei sind die positiven Elektrodenplatten an ihren in Strömungsrichtungen vorderen und hinteren Rändern mit Nadelspitzen als Entladungselektroden versehen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Luftreinigungseinheit mit zumindest einem von zu reinigender Luft durchström baren Elektrofiltermodul zu verbessern, so dass sie sich bei kompaktem Aufbau in bestehende Klimaanlagen-Systeme einbinden lässt und Partikel bis zu Partikelgrößen von weniger als 0,1 pm, insbesondere zum nachhaltig wirksamen Einsatz gegen biologische Luftbelastungen, zum Beispiel Viren, ausfiltert. Weiterhin soll ein Verfahren zur Beschichtung der Elektrode(n) eines darin verwendeten Elektrofiltermoduls angegeben werden.
Der auf die Luftreinigungseinheit gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch eine Luftreinigungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Eine Luftreinigungseinheit mit zumindest einem von zu reinigender Luft durchström baren Elektrofiltermodul, das zumindest eine erste Elektrode und zumindest eine zweite Elektrode aufweist, zwischen denen die zu reinigende Luft hindurchströmt und zwischen denen durch Anlegen einer von einem Stromversorgungsmodul bereitgestellten elektrischen Hochspannung ein erstes elektrisches Feld erzeugbar ist, wobei die zumindest eine erste Elektrode und die zumindest eine zweite Elektrode einen Ionisator bilden und wobei dem Elektrofiltermodul in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft ein mechanisches Filtermodul mit zumindest einem mechanischen Filterelement nachgeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass in dem mechanischen Filterelement oder im mechanischen Filtermodul hinter dem mechanischen Filterelement zumindest eine dritte Elektrode vorgesehen ist, wobei zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode und der zumindest einen dritten Elektrode durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein zweites elektrisches Feld erzeugbar ist. Die zwischen der zumindest einen ersten Elektrode (Anode) und der zumindest einen zweiten Elektrode (Kathode) anliegende Spannung ist vorzugsweise eine Gleichspannung, die zwischen 3 kV (3.000 Volt) und 10 kV (10.000 Volt), vorzugsweise zwischen 5 kV und 10 kV, liegt. Das Potential der zumindest einen zweiten Elektrode, also der Kathode, liegt im Bereich von 10% bis 20%, vorzugsweise bei 15% der an der zumindest einen ersten Elektrode, also der Anode, anliegenden Hochspannung relativ zur Systemmasse, beispielsweise bei 1.000 V.
VORTEILE
Das Elektrofiltermodul der erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit bildet hierbei ein zweistufiges Elektrofilter, dessen die zumindest eine erste Elektrode (Anode) und die zumindest eine zweite Elektrode (Kathode) aufweisende erste Stufe einen Ionisator bildet, der ein Kaltplasma erzeugt. Ein Kaltplasma, das auch als nicht-thermisches Plasma bezeichnet wird, weist im Hinblick auf die Elektronentemperatur und die Gastemperatur einen deutlichen Unterschied zum konventionellen heißen Plasma auf, wie es beispielsweise in einem Lichtbogen entsteht. So kann die Elektronentemperatur bei einem Kaltplasma bei mehreren 10.000 K liegen, was mittleren kinetischen Energien von mehr als 1 eV entspricht, während die Gastemperatur der Umgebungstemperatur (zum Beispiel Raumtemperatur) entspricht. Solche nicht-thermischen Plasmen können trotz ihrer geringen Gastemperatur über Elektronenstöße chemische Reaktionen auslösen.
Im erfindungsgemäßen Elektrofiltermodul wird in der eine lonisationsstufe bildenden ersten Elektrofilterstufe zwischen der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode ein elektrisches Feld aufgebaut, das bei Atmosphärendruck ein nicht-thermischen Plasma in der die Elektroden durchströmenden Luft erzeugt. Dabei werden Elektronen, die aus lonisationsprozessen stammen, so beschleunigt, dass sie Stoßionisationsprozesse auslösen. Die Elektronen können bei Kollisionen mit in der Luft enthaltenen anderen Gasatomen oder Molekülen (zum Beispiel biologischen oder chemischen Schadstoffen) ihre Energie auf diese übertragen und sie damit zerstören. Die Elektronenenergie reicht aus, um kovalente Bindungen in organischen Molekülen zu spalten.
Die zweite Elektrofilterstufe ist von der zumindest einen zweiten Elektrode und der zumindest einen dritten Elektrode gebildet. In der zweiten Elektrofilterstufe ist zumindest ein mechanisches Filterelement des mechanischen Filtermoduls als Partikel- oder Schwebstofffilter, beispielsweise als HEPA-Filter, ausgebildet oder zumindest teilweise in diese integriert.
Im Elektrofiltermodul werden somit mit drei Elektroden oder Elektrodengruppen zwei unterschiedliche elektrische Felder erzeugt. Das in der ersten Stufe, der lonisationsstufe, zwischen der zumindest eine erste Elektrode (Anode) und der zumindest eine zweite Elektrode (Kathode) entstehende erste elektrische Feld erzeugt in der durchströmenden Luft das Kaltplasma, das die Abtötung beziehungsweise Inaktivierung der biologischen Luftschadstoffe bewirkt, während die zweite Stufe die in der Luft enthaltenen Partikel, beispielsweise die abgetöteten beziehungsweise inaktivierten biologischen Luftschadstoffe (Viren, Bakterien, Pilze), in Richtung auf das mechanische Filterelement hin beschleunigt und dort abscheidet. Innerhalb der zweiten Elektrofilterstufe wird somit zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode und der zumindest einen dritten Elektrode ein zweites elektrisches Feld aufgebaut, welches bewirkt, dass die zuvor geladenen Partikel aus dem Ionisator in Richtung des mechanischen Filters beschleunigt werden und dort im Filtermaterial gesammelt werden. Die Erfindung implementiert einen effizienten Ionisator, der mit relativ niedrigerer Hochspannung betrieben werden kann, um auch in EMV-empfindlichen Umgebungen, insbesondere in Verkehrsflugzeugen, weniger elektromagnetische Störungen zu emittieren.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 14.
Vorzugsweise sind die zumindest eine erste Elektrode (Anode) und die zumindest eine zweite Elektrode (Kathode) als Plattenelektroden ausgebildet. Die Ausgestaltung der Elektroden der lonisationsstufe als Plattenelektroden ermöglicht eine sich über die einander zugewandten Flächen der Plattenelektroden erstreckende großflächige Ausdehnung des elektrischen Feld bei gleichzeitig großem Luftdurchsatz. Insbesondere wenn eine Mehrzahl erster Elektroden und eine Mehrzahl zweiter Elektroden abwechselnd nebeneinander angeordnet einen Stapel von Plattenelektroden bilden, entsteht eine große von der zu reinigenden Luft durchströmbare Querschnittsfläche. Dadurch wird bei kompaktem Aufbau der Luftreinigungseinheit ein hoher Luftdurchsatz erreicht. Der Abstand der einander benachbarten Plattenelektroden voneinander (Breite des Plattenspaltes) ist vorzugsweise so zu wählen, dass sich zwischen den beiden benachbarten Plattenelektroden eine elektrische Feldstärke von mindestens 650 kV/m, vorzugsweise bis zu 900 kV/m, ausbildet. Die Höhe der Plattenelektroden, also die Höhe des jeweiligen Plattenspaltes, sowie die Anzahl der Plattenelektroden- Paarungen der lonisationsstufe, also die Anzahl der Plattenspalte, bilden zusammen die freie Querschnittsfläche der ersten Elektrofilterstufe, die bedarfsgerecht aufgrund der Größe des zu reinigenden Luftstroms (in Volumeneinheit pro Zeiteinheit) und der Strömungsgeschwindigkeit der Luft bestimmt wird.
Die Länge der Plattenelektroden und damit des jeweiligen Plattenspalts in Strömungsrichtung wird vorzugsweise so bemessen, dass bei maximaler Strömungsgeschwindigkeit die in der lonisationsstufe gebildeten freien Elektronen nicht aus dem statischen elektrischen Feld zwischen den Plattenelektroden herausströmen, sondern eine möglichst lange Strecke zwischen den Plattenelektroden zurücklegen um dort Stoßreaktionen auszulösen was zu einer erhöhten Effizienz der Ionisierung führt. Eine bevorzugte Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch den Ionisator beträgt maximal 1 ,75 m/s. Die bevorzugte Migrationsdistanz der Elektronen bei gegebener Strömungsgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise maximal 20% der Länge der jeweiligen Plattenelektrode (in Strömungsrichtung gemessen).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Oberflächen der zumindest einen ersten Elektrode und/oder der zumindest einen zweiten Elektrode zumindest bereichsweise mit einer ein Titanoxid, vorzugsweise in Form von Titanoxid-Nanopartikeln, beispielsweise Titandioxid-Nanopartikeln, aufweisenden katalytischen Oberflächenschicht versehen, wobei diese Nanopartikel im Durchmesser vorzugsweise kleiner als 50 pm sind,. Bevorzugterweise sind die Oberflächen sowohl der ersten Elektrode als auch der zweiten Elektrode mit dieser Beschichtung versehen, allerdings kann bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung die Beschichtung auch nur auf der Oberfläche einer der beiden Elektroden einer Elektroden-Paarung, beispielsweise auf der Oberfläche der Kathode, vorgesehen sein.
Eine solche Oberflächenschicht bewirkt, dass das zwischen den ersten und den zweiten Elektroden entstehende Kaltplasma flüchtige Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff-Verbindungen (so genannte VOCs - volatile organic compounds) aufspaltet und in kurzkettigere Kohlenwasserstoff-Verbindungen zerlegt und so in der Luft enthaltene VOCs abbaut. Vorteilhaft ist es, wenn die katalytische Oberflächenschicht aus Titanisopropoxid (Ci2H2sO4Ti) mit Titanoxid-Nanopartikeln, zum Beispiel Titandioxid (TiO2), gebildet ist.
Vorteilhaft ist zudem eine Ausführungsform der Erfindung, die mit anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, bei der die als Plattenelektrode ausgebildete zumindest eine erste Elektrode (Anode) in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft kürzer ist als die ebenfalls als Plattenelektrode ausgebildete zumindest eine zweite Elektrode (Kathode), wobei die zumindest eine zweite Elektrode in stromabwärtiger Richtung und/oder in ström aufwärtiger Richtung über die zumindest eine erste Elektrode hinaus steht.
Bevorzugterweise weist bei einer Ausführungsform der Erfindung, die mit anderen Ausführungsformen kombinierbar ist, die zumindest eine erste Elektrode, also die Anode, einen (vorzugsweise zentralen) Plattenabschnitt auf, der mit zumindest einem im Wesentlichen in der Plattenebene des Plattenabschnitts gelegenen elektrisch leitenden Nadelfortsatz versehen ist, welcher sich in stromabwärtiger Richtung und/oder in stromaufwärtiger Richtung über den Plattenrand des Plattenabschnitts der ersten Elektrode hinaus erstreckt. Dabei liegt der Spitzenwinkel a des Nadelfortsatzes bevorzugt in einem Bereich zwischen 15° und 45°, weiter vorzugsweise zwischen 20° und 40° und besonders bevorzugt beträgt er 39°. Vorteilhafterweise ist der jeweilige Nadelfortsatz integral mit dem jeweiligen Plattenabschnitt der Plattenelektrode ausgebildet und besteht daher aus dem gleichen Material wie der Plattenabschnitt. Vorzugsweise sind mehrere derartige Nadelfortsätze nebeneinander am stromabwärtigen Rand und/oder am ström aufwärtigen Rand des Plattenabschnitts der Anode vorgesehen.
Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn sich der zumindest eine Nadelfortsatz, der vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist, in zwei orthogonal aufeinander stehenden Ebenen jeweils zur Nadelspitze hin verjüngt. Bei dieser Variante liegt der Spitzenwinkel in der Plattenebene bevorzugt in einem Bereich zwischen 30° und 45°, vorzugsweise beträgt er auch hier 39°. Der Spitzenwinkel in der Ebene senkrecht zur Plattenebene liegt bevorzugt zwischen 15° und 30° und beträgt vorzugsweise 20°.
Vorzugsweise sind die Oberflächen des zumindest einen Nadelfortsatzes nicht mit der katalytischen Oberflächenschicht versehen; die Oberfläche der Anode ist dabei folglich nur im Bereich des Plattenabschnitts mit der katalytischen Oberflächenschicht versehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die mit anderen Ausgestaltungen kombinierbar ist, ist die zumindest eine dritte Elektrode, die bevorzugt als Gitterelektrode ausgebildet ist, an die elektrische Masse angeschlossen und sowohl an der zumindest einen ersten Elektrode als auch an der zumindest einen zweiten Elektrode liegt eine gegen Masse gemessen elektrisch positive Spannung an, wobei die positive Spannung an der zumindest einen ersten Elektrode höher ist als die positive Spannung an der zumindest einen zweiten Elektrode. Die Potentialdifferenz zwischen der zumindest einen kathodischen Elektrode der Elektrodenpaarung der aus der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode bestehenden ersten Elektrofilterstufe und der negativen (zumindest einen dritten) Elektrode in oder hinter dem mechanischen Filterelement beträgt zwischen 1 ,5 kV und 2,5 kV wobei diese elektrische Spannung im Bereich zwischen 25% und 35% der Spannung in der ersten Elektrofilterstufe, also der lonisationsstufe, beträgt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die ebenfalls mit anderen Ausgestaltungen kombinierbar ist, ist die zumindest eine dritte Elektrode röhrenförmig ausgebildet und in einem röhrenförmigen Luftaustrittskanal des ringzylindrisch ausgebildeten mechanischen Filterelements angeordnet.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die mit anderen Ausgestaltungen kombinierbar ist, liegt im Betrieb zwischen der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode eine regelbare Gleichspannung an und zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode und der zumindest einen dritten Elektrode liegt im Betrieb eine konstante Gleichspannung an. Die Spannungshöhe in der ersten Elektrofilterstufe wird somit regelbar ausgeführt und von einer elektronischen Steuerung unter Berücksichtigung von Messgrößen wie Anionen-Menge, Ozon-Gehalt und Überschlag-Detektion dynamisch auf einen maximalen Spannungswert geregelt.
Vorteilhaft ist bei allen Ausführungsformen der Erfindung, wenn in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft hinter der Anordnung aus der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode zumindest ein Sensor zur Überwachung des Ozongehalts der Luft vorgesehen ist. Vorzugsweise wird mittels dieses Sensors und einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung durch Beeinflussung der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode anliegenden elektrischen Spannung der Ozongehalt der aus dieser Elektrodenanordnung austretenden Luft auf ein Minimum unterhalb eines zulässigen Ozonwertes in der Atem lüft geregelt.
Vorteilhaft ist es bei allen Ausführungsformen, wenn das mechanische Filtermodul, insbesondere das mechanische Filterelement, zumindest eine Aktivkohleschicht oder ein Aktivkohle-Filterelement aufweist. Die darin enthaltene Aktivkohle kann eventuell in der lonisationsstufe entstehendes Ozon adsorbieren und nach dessen Umwandlung in Sauerstoff diesen wieder freigeben.
Vorteilhaft ist es auch, wenn zusätzlich oder alternativ in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft hinter der Anordnung aus der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode zumindest ein Sensor zur Überwachung der Anionen-Menge vorgesehen ist. Vorzugsweise wird mittels dieses Sensors und der Steuerungs- und Regelungseinrichtung durch Beeinflussung der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode anliegenden elektrischen Spannung die Intensität des entstehenden Kaltplasmas geregelt.
Schließlich ist es bei allen Ausführungsformen der Erfindung von Vorteil, wenn die Höhe der elektrischen Spannung, die zwischen der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode anliegt, durch eine Regelung dynamisch bestimmt ist. Eine zur Durchführung der Regelung vorgesehene Steuerungs- und Regelungseinrichtung erfasst dabei zwischen den Elektroden auftretende Spannungsüberschläge, indem die an den Elektroden anliegende elektrische Spannung (II) und der zwischen den Elektroden der ersten Stufe (lonisationsstufe) fließende elektrische Strom (I) ständig gemessen und in der Steuerungs- und Regeleinrichtung ein Wert für die Stromänderungsrate dl/dt gebildet wird. Überschreitet dieser Wert einen vorgegebenen Schwellenwert dlmax/dt, so wird die elektrische Spannung (U) geringfügig reduziert bis die gemessene Stromänderungsrate wieder knapp unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Auf diese Weise erzeugt die Steuerungs- und Regelungseinrichtung in der lonisationsstufe stets ein möglichst hohes elektrisches Feld zwischen den Elektroden, also ein maximales elektromagnetisches Feld, ohne dass es zu einer wesentlichen Anzahl an Spannungsüberschlägen und damit zur Bildung von Lichtbögen zwischen den Elektroden der lonisationsstufe kommt. Beispielsweise werden bis zu 0,5 Spannungsüberschläge pro Sekunde als Grenzwert akzeptiert und darüber wird die Spannung herabgeregelt. Ein weiteres Regelungskriterium ist vorzugsweise das Verhältnis der an den Elektroden der lonisationsstufe anliegenden elektrischen Istspannung zu einer vorgegebenen Sollspannung. Überschreitet dieses Verhältnis beispielsweise den Wert von +/- 10% der Sollspannung, greift die Regelung ein. Durch die vorgenannten Maßnahmen (einzeln für sich genommen oder gemeinsam) wird das Entstehen eines heißen Plasmas in der durchströmenden Luft verhindert und gewährleistet, dass in der lonisationsstufe nur ein Kaltplasma, also ein nicht-thermisches Plasma, gebildet wird.
Eine Eingangsgröße für die Steuerungs- und Regelungseinrichtung ist vorzugsweise auch der zwischen dem Lufteintritt und dem Luftaustritt des mechanischen Filtermoduls der zweiten Elektrofilterstufe herrschende Differenzdruck.
Schließlich ist es bei allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Luftreinigungseinheit auch noch vorteilhaft, wenn das Elektrofiltermodul von einer
Abschirmeinrichtung umgeben ist und mit dieser eine Elektrofiltereinheit bildet, wobei in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft vor und/oder hinter dem Elektrofiltermodul zumindest ein von der Luft durchström bares Abschirmmodul vorgesehen ist, das eine Vielzahl von Luftdurchgangselementen aufweist, die jeweils einen von einer Kanalwandung umgebenen Luftdurchgangskanal bestimmen, wobei das durchström bare Abschirmmodul zumindest eine Honigwabentafel aufweist, deren einzelne Honigwaben an ihren beiden Enden offen sind und jeweils einen der Luftdurchgangskanäle bilden, wobei die jeweilige Kanalwandung elektrisch leitend ist oder eine elektrisch leitende Oberfläche aufweist. Eine derartige Abschirmeinrichtung schirmt das Elektrofiltermodul so ab, dass keine elektromagnetische Strahlung nach außen austreten kann, ohne dass dabei der durch das Elektrofiltermodul hindurchtretende Luftstrom wesentlich behindert wird. Eine solche EMV- Abschirmung kann beispielsweise in Fahrzeugen, insbesondere in Luftfahrzeugen bevorzugterweise vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei der ein solches durchström bares Abschirmmodul sowohl auf der Lufteintrittsseite als auch auf der Luftaustrittsseite des Elektrofiltermoduls vorgesehen ist.
Vorzugsweise besteht die jeweilige Honigwabentafel aus elektrisch nichtleitendem Material, vorzugsweise aus Papier, Pappe oder einem Kunststoff, als Trägermaterial, dessen Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem elektrisch und/oder magnetisch leitenden Material versehen ist. Eine solche Honigwabentafel ist besonders leicht und daher für den Einsatz in einem Luftfahrzeug bevorzugt geeignet.
Außerdem ist die Erfindung gerichtet auf ein eine erfindungsgemäße Luftreinigungseinheit aufweisendes Luftreinigungssystem, insbesondere ein Fahrzeuginnenraum-Luftreinigungssystem, sowie auf eine ein solches Luftreinigungssystem aufweisende Belüftungs- und Klimaanlage, insbesondere für ein Fahrzeug beziehungsweise in einem Fahrzeug.
Die Erfindung ist zudem gerichtet auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, mit zumindest einer derartigen, erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit. Schließlich ist die Erfindung auch gerichtet auf ein Verfahren zur Beschichtung einer Elektrode für ein Elektrofiltermodul einer erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit mit einer ein Titanoxid, vorzugsweise Titandioxid, aufweisenden katalytischen Oberflächenschicht mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Lösung von Titanisopropoxid in Isopropanol; a') Bereitstellen einer Suspension aus Titanoxid-Nanopartikeln, insbesondere Titandioxid-Nanopartikeln, in Isopropanol und Beaufschlagen der Suspension mit Ultraschallschwingungen; b) Mischen der im Schritt a) erhaltenen Lösung mit der in Schritt a') erhaltenen Suspension zu einem Suspensions-Tauchbad; c) Eintauchen der zu beschichtenden Elektrode für einen vorgegebenen Tauch- Zeitraum in das Suspensions-Tauchbad; d) Herausziehen der beschichteten Elektrode aus dem Suspensions-Tauchbad; e) Trocknen der beschichteten Elektrode für einen ersten vorgegebenen Trocknungs-Zeitraum bei Raumtemperatur; f) Erwärmen der beschichteten Elektrode mit einem vorgegebenen ersten Erwärmungs-Temperaturgradienten bis auf eine erhöhte Trocknungstemperatur; g) Trocknen der beschichteten Elektrode für einen zweiten vorgegebenen Trocknungs-Zeitraum bei der erhöhten Trocknungstemperatur; h) Erwärmen der beschichteten Elektrode mit einem vorgegebenen zweiten Erwärmungs-Temperaturgradienten bis auf eine Eingangs-Brenntemperatur; i) Brennen der beschichteten Elektrode für einen vorgegebenen Brennzeitraum bei einer vorgegebenen Brenntemperatur und j) Abkühlen der gebrannten beschichteten Elektrode auf Raumtemperatur für einen vorgegebenen Abkühlzeitraum.
Vorzugsweise werden die zu beschichtenden Elektroden vor dem Eintauchen in das Suspensions-Tauchbad im Schritt c) entfettet und getrocknet und auf eine Temperatur von über 100 °C, vorzugsweise auf 105 °C, aufgeheizt. Der vorgegebene Tauch- Zeitraum im Schritt c) beträgt vorzugsweise 5 Minuten. Während dieses Eintauchens im Schritt c) und davor wird das Tauchbad vorzugsweise mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt, um - wie im Schritt a') - eine gleichmäßige Verteilung der Titanoxid- Nanopartikel zu gewährleisten und um einer Agglomeration der Titanoxid-Nanopartikel in der Suspension vorzubeugen. Nach dem Herausziehen der beschichteten Elektrode aus dem Suspensions-Tauchbad im Schritt d) wird vorzugsweise ein Schritt d') vorgesehen, in dem überflüssige Suspension von der Elektrode abtropfen kann; dieser Abtropf-Zeitraum beträgt vorzugsweise 10 Minuten. Der erste Trocknungs-Zeitraum für die Trocknung der beschichteten Elektrode bei Raumtemperatur im Schritt e) beträgt vorzugsweise 12 Stunden. Das Erwärmen der beschichteten Elektrode im Schritt f) erfolgt vorzugsweise mit einem ersten Erwärmungs-Temperaturgradienten von 3 °C pro Minute bis auf eine Trocknungstemperatur von 100 °C bei einem anschließenden zweiten Trocknungs-Zeitraum von bevorzugt einer Stunde im Schritt g). Auch zweite Erwärmungs-Temperaturgradient zum Erwärmen der beschichteten Elektrode bis auf die Eingangs-Brenntemperatur im Schritt h) beträgt bevorzugt 3 °C pro Minute bis auf die Eingangs-Brenntemperatur von vorzugsweise 500 °C. Die Brenntemperatur im Schritt i) beträgt vorzugsweise 650 °C und die bevorzugte Brenndauer beträgt eine Stunde.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schritte c) bis e) oder c) bis g) mehrmals hintereinander - vorzugsweise mit dazwischen vorgesehenen Abkühlschritten - durchgeführt werden. Hierdurch wird eine besonders wirksame katalytische Schicht auf der Elektrodenoberfläche aufgebaut.
Von Vorteil ist es, wenn der Lösung aus Titanisopropoxid und Isopropanol im Schritt a) vor der Weiterverarbeitung Diethanolamin hinzugefügt wird. Diethanolamin unterstützt als Trägersubstanz eine stabile Bildung der Suspension, insbesondere bei gleichzeitiger Hinzugabe von (vorzugsweise destilliertem) Wasser.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen
Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit;
Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht der ersten Elektrofilterstufe;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die als Plattenelektroden ausgebildeten ersten und zweiten Elektroden der ersten Elektrofilterstufe in Richtung des Pfeils III in Fig. 2, also in Strömungsrichtung der Luft;
Fig. 4 einen Ausschnitt einer ersten Elektrode des Plattenelektroden-Stapels aus Fig. 3 in Blickrichtung des Pfeils IV;
Fig. 5 einen Ausschnitt des Plattenelektroden-Stapels aus Fig. 3 in Blickrichtung des Pfeils V mit geschnitten dargestellten ersten und zweiten Elektroden;
Fig. 6 ein verfahrenstechnisches Schaubild eines Fahrzeuginnenraum- Luftreinigungssystems mit einer erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit;
Fig. 7 ein Beispiel einer mit einer Abschirmeinrichtung für das Elektrofiltermodul versehenen erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit und
Fig. 8 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur katalytischen Beschichtung von Elektroden für eine erfindungsgemäße Luftreinigungseinheit. DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Luftreinigungseinheit 1 mit einem oberen Gehäuse 10 und einem unteren Gehäuse 12. Das untere Gehäuse 12 weist an seiner Unterseite einen Lufteinlass 11 für die mit Schadstoffen und Schadpartikeln belastete zu reinigende Luft auf, die in Strömungsrichtung V durch das untere Gehäuse 12 und das obere Gehäuse 10 und die darin enthaltenen Filter strömt.
Im unteren Gehäuse 12 ist ein Ionisator 20 eines Elektrofiltermoduls 2 angeordnet, der eine erste Elektrofilterstufe 21 mit als Plattenelektroden ausgebildeten ersten Elektroden 22 (Anoden) und mit als Plattenelektroden ausgebildeten zweiten Elektroden 24 (Kathoden) bildet (Fig. 2).
Im oberen Gehäuse 10 ist ein mechanisches Filtermodul 3 mit einem als Schwebstofffilter 31 , beispielsweise als HEPA-Filter, ausgebildeten mechanischen Filterelement 30 angeordnet. Das mechanische Filtermodul 3 ist im gezeigten Beispiel als ringzylindrische Filterpatrone mit einer radial äußeren Eintrittsfläche 32 für die zu reinigende Luft und einem als innerer Abluftkanal ausgebildeten Luftaustrittskanal 33 ausgestaltet, dessen Umfangsfläche eine Austrittsfläche 34 für die gereinigte Luft bildet. Die gereinigte Luft strömt durch eine (nicht gezeigte) seitliche Öffnung im oberen Gehäuse 10 wieder nach außen, wie es durch den Pfeil V symbolisiert ist. Anstatt als ringzylindrischen Filterpatrone kann das mechanische Filtermodul 3 aber auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als kastenförmiges Filtermodul 103, wie es in Fig. 7 schematisch dargestellt ist.
Im Inneren des den Luftaustrittskanal 33 bildenden Abluftkanals ist eine ringzylindrisch ausgestaltete dritte Elektrode 26 angeordnet, deren die Elektrodenfläche bildende elektrisch leitende Zylinderwand 27 gelocht ist oder aus einem Netz oder Gitter besteht. Die dritte Elektrode 26 bildet zusammen mit den zweiten Elektroden 24 des Ionisators 20 eine zweite Elektrofilterstufe 23.
Im oberen Gehäuse 10 sind Sensoren 4, 5 zur Überwachung der lonisationsleistung, beispielsweise ein Sensor 4 zur Überwachung der Anionen-Menge und ein Sensor 5 zur Überwachung des Ozongehalts der Luft hinter dem Ionisator vorgesehen.
In Fig. 2 ist der Aufbau des Ionisators 20 in einem Vertikalschnitt gezeigt. Die als Plattenelektroden ausgebildeten ersten Elektroden 22 und die ebenfalls als Plattenelektroden ausgebildeten zweiten Elektroden 24 sind abwechselnd parallel zueinander und mit seitlichem Abstand zueinander angeordnet, wobei zwischen einander benachbarten Elektroden jeweils ein Plattenspalt 25 gebildet ist, der einen Durchlass für den Luftstrom V der zu reinigenden Luft bildet. Die Mehrzahl der abwechselnd aufeinanderfolgend angeordneten ersten Elektroden 22 und zweiten Elektroden 24 bildet einen Plattenstapel 2' des Elektrofiltermoduls 2. Die erste und die letzte Elektrode des Plattenstapels 2' ist vorzugsweise eine eine Kathode bildende zweite Elektrode 24.
In Strömungsrichtung V hinter dem Ionisator 20 ist beim gezeigten Beispiel im oberen Gehäuse 10 eine Reihe von UV-Lichtquellen 6 (vorzugsweise UVC- Lichtquellen) in Strömungsrichtung V vor dem mechanischen Filter 3 angeordnet. Das Vorsehen dieser zusätzlichen UV-Lichtquellen 6 ist jedoch optional.
Die als Plattenelektroden ausgebildeten ersten und zweiten Elektroden 22, 24 des Ionisators 20 sind über eine nicht gezeigte elektrisch leitende Verbindung mit einem als regelbare Hochspannungsquelle ausgebildeten und in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Stromversorgungsmodul 7 verbunden, das die ersten und zweiten Elektroden 22, 24 des Ionisators 20 mit einer elektrischen Hochspannung (Gleichspannung) von beispielsweise 3 kV bis 10 kV beaufschlagt. Die dritte Elektrode 26 ist an die elektrische Masse angeschlossen. Zwischen den zweiten Elektroden 24 des Ionisators 20 und der im Inneren des mechanischen Filters 3 vorgesehenen dritten Elektrode 26 liegt eine konstante, niedrigere Gleichspannung von beispielsweise 1000 V an. Damit liegt sowohl an den ersten Elektroden 22 als auch an den zweiten Elektroden 24 eine gegen Masse gemessen elektrisch positive Spannung an, wobei diese positive Spannung an den ersten Elektroden 22 höher ist als die positive Spannung an den zweiten Elektroden 24.
Somit ergibt sich trotz der geringeren Spannungen als in herkömmlichen Systemen ein starkes elektrischen Feld (typisch bis zu 900 kV/m) durch die relativen Potenziale der Elektroden 22, 24 innerhalb des Ionisators 20 und ein weiteres, schwächeres Feld zwischen dem gesamten Ionisator 20 und der dritten Elektrode 26 im Inneren des mechanischen Filters 3, welches die im Ionisator 20 geladen Teilchen in Richtung des mechanischen Filters 3 beschleunigt und somit dort abscheidet.
Wie in Fig. 2 und Fig. 4 zu erkennen ist, weisen die ersten Elektroden 22 (Anoden) jeweils einen zentralen Plattenabschnitt 22' auf, an dem weiter unten noch beschriebene Nadelfortsätze 28 ausgebildet sind (Fig. 4). Die zentralen Plattenabschnitte 22' der ersten Elektroden 22 sind in Strömungsrichtung (V) der zu reinigenden Luft kürzer als die Platten der zweiten Elektroden 24, wobei die längeren Platten der zweiten Elektroden 24 in stromaufwärtiger Richtung und in stromabwärtiger Richtung jeweils über den stromaufwärtigen beziehungsweise stromabwärtigen Plattenrand 22'" des betreffenden zentralen Plattenabschnitts 22' und auch über die Spitzen 28' der Nadelfortsätze 28 der benachbarten ersten Elektroden 22 hinaus stehen.
Die elektrisch leitenden Nadelfortsätze 28 sind an der jeweiligen (in Strömungsrichtung der zu reinigenden Luft) vorderen und im gezeigten Beispiel auch den hinteren Kante der kürzeren Platte der ersten Elektroden 22 vorgesehen und erstrecken sich somit in stromabwärtiger Richtung und im gezeigten Beispiel auch in stromaufwärtiger Richtung über den Plattenrand des jeweiligen Plattenabschnitts 22' hinaus, allerdings nicht bis auf die Höhe des jeweiligen stromaufwärtigen Randes 24' beziehungsweise des stromabwärtigen Randes 24" der längeren zweiten, plattenartigen Elektrode 24. Dadurch liegen die Punkte der höchsten elektrischen Feldstärke, nämlich die Spitzen 28' der Nadelfortsätze 28 der die Anoden bildenden ersten Elektroden 22, der jeweiligen Plattenelektrodenfläche der benachbarten, die Kathode bildenden zweiten Elektroden 24 gegenüber. Die Länge des jeweiligen Nadelfortsatzes 28 beträgt beispielsweise das 0,7-fache des Plattenabstands a zwischen einander benachbarten ersten und zweiten Elektroden 22, 24.
In Fig. 3 ist der Plattenstapel 2' der einander abwechselnd angeordneten ersten Elektroden 22 und zweiten Elektroden 24 der als Ionisator ausgebildeten ersten Elektrofilterstufe 21 in einer Draufsicht in Strömungsrichtung V der zu reinigenden Luft gezeigt. Zu erkennen ist hier, dass die ersten Elektroden 22 jeweils über ihre gesamte Höhe mit einer Mehrzahl von gleichmäßig voneinander beabstandeten Nadelfortsätzen 28 versehen sind. Der seitliche Abstand b der einander benachbarten Nadelfortsätze 28 einer Plattenelektrode (Fig. 4) beträgt beispielsweise mindestens das 1 ,5-fache des Plattenabstands a zwischen den einander benachbarten ersten und zweiten Elektroden 22, 24.
Dabei ist deutlich zu erkennen, dass die Nadelfortsätze 28 an den in Strömungsrichtung V kürzeren ersten Elektroden 22 ausgebildet sind und dass sich die zweiten Elektroden 24 in Strömungsrichtung V über die Spitzen 28' der Nadelfortsätze 28 hinaus erstrecken.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht auf eine als Anode ausgebildete erste Elektrode 22 und eine dahinter größtenteils verdeckt gelegene und als Kathode ausgebildete zweite Elektrode 24 in Richtung des Pfeils IV in Fig. 3. Die erste Elektrode 22 weist den zentralen Plattenabschnitt 22' auf, dessen Länge Li in Strömungsrichtung V gemessen kürzer ist als die in Strömungsrichtung V gemessene Länge L2 der zweiten Elektrode 24.
Von dem zentralen Plattenabschnitt 22' ausgehend erstrecken sich sowohl auf der ström aufwärtigen Lufteintrittsseite Qi als auch auf der stromabwärtigen Luftaustrittsseite Q2 eine Vielzahl von elektrisch leitenden Nadelfortsätzen 28, die integral mit dem zentralen Plattenabschnitt 22' ausgebildet sind und gemeinsam mit diesem die jeweilige erste Elektrode 22 bilden. Die einzelnen Nadelfortsätze 28 sind mit seitlichem Abstand zueinander angeordnet und der in der Plattenebene gemessene Spitzenwinkel a eines jeden Nadelfortsatzes 28 beträgt im gezeigten Bespiel 39°. Die jeweiligen Spitzen 28' der Nadelfortsätze 28 liegen der plattenartigen Fläche der jeweils benachbarten zweiten Elektrode 24 gegenüber und erstrecken sich nicht bis zur Höhe von deren jeweiligen Rand 24', 24'", sondern sind davon beabstandet, so dass die Gesamtlänge L3 der ersten Elektrode 22 in Strömungsrichtung V zwischen den jeweiligen Spitzen 28' der Nadelfortsätze 28 gemessen geringer ist als die Länge L2 der zweiten Elektrode 24. Die kürzeren ersten Elektroden 22 gemessen zwischen den jeweiligen Spitzen 28' der Nadelfortsätze 28 (Länge L3) sind dabei im Verhältnis zu den längeren Platten der zweiten Elektroden 24 (Länge L2) beidseitig in Strömungsrichtung, also sowohl auf der stromaufwärtigen Lufteintrittsseite Qi als auch auf der stromabwärtigen Luftaustrittsseite Q2, um ein Maß vom etwa 2,5- bis 3-fachen des seitlichen Plattenabstands a zwischen zwei benachbarten plattenartigen Elektroden 22, 24 kürzer. Der Plattenabstand a kann beispielsweise zwischen 7 mm und 14 mm liegen.
In Fig. 4 ist auch zu erkennen, dass der zentrale Plattenabschnitt 22' der die Anode bildenden jeweiligen ersten Elektrode 22 mit einer katalytischen Oberflächenschicht 29 versehen ist, die sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche des zentralen Plattenabschnitts 22' erstreckt, nicht aber auf der Oberfläche der Nadelfortsätze 28 vorgesehen ist.
Wie in Fig. 5 zu sehen ist, die eine Schnittebene durch den Plattenstapel 2' rechtwinklig zur Zeichenebene der Fig. 4 darstellt, ist die erste Elektrode 22 auf jeder ihrer beiden großflächigen Oberflächen, die jeweils einer zweiten Elektrode 24 zugewandt sind, im Bereich ihres zentralen Plattenabschnitts 22' mit einer katalytischen Oberflächenschicht 29 beschichtet. Diese katalytische Oberflächenschicht 29 besteht bevorzugt, wie weiter unten noch ausgeführt wird, aus Titandioxid (TiÜ2) oder weist Titandioxid, vorzugsweise in Form von Nanopartikeln, auf. Auch die großflächigen Oberflächen der jeweiligen zweiten, kathodischen Elektroden 24 sind im gezeigten Beispiel, zumindest auf den großflächigen Oberflächen, die einer der ersten Elektroden 22 zugewandt sind, mit einer solchen Oberflächenschicht 29' versehen, obwohl es ausreichend wäre, lediglich die
Oberflächenschicht 29 auf den ersten, anodischen Elektroden 22 vorzusehen.
Das den Kem 22" der jeweiligen ersten Elektrode bildende Trägermaterial und das den Kem 24" der jeweiligen zweiten Elektrode 24 bildende Trägermaterial besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, vorzugsweise aus Titan.
In Fig. 5 ist auch zu sehen, dass die jeweiligen Nadelfortsätze 28 auch in der Ebene rechtwinklig zur in Fig. 4 gezeigten Plattenebene angespitzt sind, wobei der jeweilige Spitzenwinkel ß in der Ebene der Fig. 5, also rechtwinklig zur Plattenebene, im gezeigten Beispiel 20° beträgt.
Weiterhin ist in Fig. 5 zu erkennen, dass der jeweilige Plattenabstand a zwischen den ersten Elektroden 22 und den zweiten Elektroden 24 über die gesamte Breite des Plattenstapels 2' gleich ist und jeweils die Breite eines Plattenspaltes 25 bestimmt, der jeweils einen Durchlass für die Luftströmung bildet.
Fig. 6 zeigt schematisch als Strömungsschaltbild ein Beispiel eines eine erfindungsgemäße Luftreinigungseinheit 101 aufweisenden Luftreinigungssystems 100 für einen Innenraum am Beispiel einer Fahrzeugkabine 110. Die erfindungsgemäße Luftreinigungseinheit 101 ist aber ebenso auch als mobiles Luftreinigungssystem in Gestalt eines mobilen Luftreinigungsgeräts für Gebäuderäume, zum Beispiel für Wohnräume, Büroräume oder Klassenräume in Schulen einsetzbar, wofür die nachstehenden Ausführungen analog zutreffen.
Die nur schematisch dargestellte Fahrzeugkabine 110, beispielsweise die Passagierkabine eines Luftfahrzeugs, eines Eisenbahnwaggons oder eines Omnibusses oder eines Passagierschiffes oder auch eine Aufzugkabine eines Gebäudefahrstuhls, ist mit einer Mehrzahl von Lufteinlässe 112', 113' bildenden Zuluftkanälen 112, 113 und Luftauslässe 114', 115' bildenden Abluftkanälen 114, 115 versehen. Die Luft aus dem Innenraum 111 der Fahrzeugkabine 110 wird durch die Abluftkanäle 114, 115 und ein daran angeschlossenes Abluftkanalsystem 116 abgeführt und einem Rohlufteinlass 117 des Luftreinigungssystems 100 zugeführt.
Das Luftreinigungssystem 100 weist in Strömungsrichtung V der zu reinigenden Luft hinter dem Rohlufteinlass 117 ein mechanisches Vorfiltermodul 120 mit zumindest einem Filtermedium 120' (Fig. 7) auf, mit welchem gröbere Partikel aus der Luft entfernt werden. Als Filtermedium 120' können hier beispielsweise ein mechanisches Grobfilter und/oder ein Hochleistungs-Partikelfilter (HEPA-Filter) vorgesehen sein. Danach folgt in Strömungsrichtung V der zu reinigenden Luft die erfindungsgemäße Luftreinigungseinheit 101 mit einem vorzugsweise von einer Abschirmeinrichtung 130 umgeben Elektrofiltermodul 102, das im Aufbau beispielsweise dem in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Elektrofiltermodul 2 entspricht. Die weiter unten in Verbindung mit Fig. 7 beschriebene Abschirmeinrichtung 130 schirmt die Umgebung des Elektrofiltermoduls 102 vor elektromagnetischen Pulsen ab und bildet eine EMV- Abschirmeinrichtung 130.
Zwischen dem Vorfiltermodul 120 und der Luftreinigungseinheit 101 mit dem Elektrofiltermodul 102 oder hinter der Luftreinigungseinheit 101 mit dem Elektrofiltermodul 102 ist als Luftfördereinrichtung 129 ein Axialgebläse 129' vorgesehen, dessen rotierendes Luftschaufelrad 129" die Luftströmung in der Strömungsrichtung V bewirkt.
Der Luftreinigungseinheit 101 mit dem Elektrofiltermodul 102 kann in der Strömungsrichtung V nachgeordnet ein Adsorptionsfiltermodul 125 mit einem Aktivkohlefilterbett 125' vorgesehen sein, in welchem insbesondere Ozon aus der Luft entfernt wird. Zusätzlich zum Aktivkohlefilterbett 125' oder anstelle des Aktivkohlefilterbetts 125' kann auch ein Molekularsiebfilter im Adsorptionsfiltermodul 125 vorgesehen sein, das ebenfalls chemische Stoffe aus der Luft entfernen und an die Filteroberfläche des Molekularsiebfilters anlagern kann. Wenn das im Elektrofiltermodul 102 enthaltene mechanische Filtermodul 103 zusätzlich zum als HEPA-Filter ausgebildeten mechanischen Filterelement 103' bereits ein
Aktivkohlefilterbett enthält, so kann das Adsorptionsfiltermodul 125 auch entfallen.
Hinter dem Adsorptionsfiltermodul 125 kann in Strömungsrichtung V optional ein weiteres mechanisches Filtermodul 127 vorgesehen sein, das als Schwebstofffilter ausgestaltet ist und das ein Filtermedium 127' aufweist, welches noch in der Luft vorhandene Schwebstoffe aus der Luft entfernt. Das Filtermedium 127' des weiteren mechanischen Filtermoduls 127 ist ebenfalls von einem HEPA-Filter gebildet.
Die aus dem weiteren Filtermodul 127 austretende gereinigte Luft tritt dann aus dem Reinluftauslass 118 der Luftreinigungseinrichtung 100 in eine mit den Zuluftkanälen 112, 113 verbundene Zuluftkanalanordnung 119 ein und wird als Zuluft Z wieder in die Fahrzeugkabine 110 zurückgeführt.
Das Adsorptionsfiltermodul 125 und das weitere mechanische Filtermodul 127 bilden eine Filtereinheit 128' zur Partikelabscheidung und/oder zur Abscheidung von chemischen Luftbelastungen stromabwärts des Elektrofiltermoduls 102. Diese Filtereinheit 128' kann zusammen mit der Elektrofiltereinheit 3 und dem Vorfiltermodul vorzugsweise eine integrale Filteranordnung 128 bilden.
Im Falle eines mobilen Luftreinigungsgeräts entsprechen die direkt in den Raum mündenden Reinluft-Austrittsöffnungen des mobilen Luftreinigungsgeräts dem Reinluftauslass des Luftreinigungssystems und die Lufteintrittsöffnungen des mobilen Luftreinigungsgeräts für die zu reinigende Luft entsprechen dem Rohlufteinlass des Luftreinigungssystems.
Fig. 7 zeigt beispielhaft schematisch in auseinandergezogener Darstellung die einzelnen Komponenten eines Luftreinigungssystems 100 mit der erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit 101. Dieses Luftreinigungssystems 100 weist hinter dem Rohlufteinlass 117, also hinter dem Eintritt der mit Schadstoffpartikeln P belasteten Abluft A aus der Fahrzeugkabine 110, das mechanische Vorfilter 120 mit dem Filtermedium 120' auf, mit welchem grobe Partikel bereits aus der Luft entfernt werden. Danach folgt in Strömungsrichtung V der zu reinigenden Luft die Luftreinigungseinheit 101 mit dem von der Abschirmeinrichtung 130 umgeben Elektrofiltermodul 102, nämlich der Einheit aus der ersten Elektrofilterstufe 121 mit den ersten Elektroden 122 und zweiten Elektroden 124 und der zweiten Elektrofilterstufe 123 mit dem mechanischen Filtermodul 103 und der dritten Elektrode 126.
Die erste Elektrofilterstufe 121 des Elektrofiltermoduls 102 ist wie die erste Elektrofilterstufe 21 des Elektrofiltermoduls 2 im Beispiel der Figuren 1 bis 5 von einer Plattenanordnung aus den abwechselnd in einem Plattenstapel 2' angeordneten plattenförmigen ersten Elektroden 122 und plattenförmigen zweiten Elektroden 124 aufgebaut, wobei die ersten Elektroden 122 wie im Beispiel der Figuren 1 bis 5 mit Nadelfortsätzen versehen sind und die Anoden bilden und wobei die zweiten Elektroden 124 die Kathoden bilden. An den ersten Elektroden 122 und zweiten Elektroden 124 liegt die von einem Stromversorgungsmodul 107 bereitgestellte und gesteuert oder geregelt veränderbare elektrische Hochspannung (Gleichspannung) an. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 5 verwiesen. Auch bezüglich des Aufbaus und der Ausgestaltung des in Strömungsrichtung V der Luft nach der ersten Elektrofilterstufe 121 vorgesehenen mechanischen Filtermoduls 103 und der diesem zugeordneten und an die elektrische Masse M liegenden dritten Elektrode 126 der zweiten Elektrofilterstufe 123 wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 5 verwiesen, wobei das mechanische Filtermodul 103 wie im Beispiel der Figuren 1 bis 5 rohrzylindrisch oder alternativ auch als längs durchströmtes quaderblockförmiges mechanisches Filtermodul 103 ausgestaltet sein kann, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Bei einem derartigen quaderblockförmigen Filtermodul 103 ist die dritte Elektrode - wie im Beispiel der Figuren 1 bis 5 - entweder im Inneren des Filtermoduls 103 oder (wie in Fig. 7 gezeigt) im Bereich von dessen abluftseitiger Oberfläche, beispielsweise als Gitterelektrode 126', vorgesehen. Die als Hochfrequenz-Abschirmeinrichtung ausgebildete Abschirmeinrichtung 130 stellt eine EMP-Abschirmeinrichtung dar und weist eine das Elektrofiltermodul 102 mit dem mechanischen Filtermodul 103, also die erste Elektrofilterstufe 121 und die zweite Elektrofilterstufe 123, umgebende und für Hochfrequenzstrahlung (HF) undurchlässige Umfangs-Abschirmwandung 132 aus einem elektrisch leitenden Material oder einem Material mit einer elektrisch leitenden Oberfläche auf und ist elektrisch leitend an eine elektrische Masse M des Elektrofiltermoduls 102 angeschlossen. In einer für geringere Abschirm-Anforderungen geeigneten abgewandelten Ausführungsform ist lediglich die erste Elektrofilterstufe 121 von der Abschirmeinrichtung 130 umgeben.
Vor der Luft-Einströmseite und hinter der Luft-Abströmseite des Elektrofiltermoduls 102 ist jeweils ein von der Luft durchström bares blockartiges Abschirmmodul, nämlich ein einströmseitiges Abschirmmodul 134 und ein abströmseitiges Abschirmmodul 136, vorgesehen, das jeweils HF-dicht mit der Umfangs- Abschirmwandung 132 verbunden ist.
Das jeweilige von der Luft durchströmbare Abschirmmodul 134, 136 weist jeweils einen Rahmen 134', 136' aus einem elektrisch leitenden Material oder einem Material mit einer elektrisch leitenden Oberfläche auf, der mit der Umfangs-Abschirmwandung 132 HF-dicht verbunden ist und der ebenfalls elektrisch leitend an die elektrische Masse M des Elektrofiltermoduls 102 angeschlossen ist. Im jeweiligen Rahmen 134', 136' ist eine Honigwabentafel 135, 137 angebracht, deren einzelne Honigwaben 135', 137' an ihren beiden Enden offen sind und jeweils einen Luftdurchgangskanal 138, 139 mit einer Kanalwandung 138', 139' bilden, wie es in der jeweiligen vergrößert gezeigten Ausschnittdarstellung zu erkennen ist. Die Länge der einzelnen Luftdurchgangskanäle 138, 139 ist um ein Mehrfaches größer als deren jeweiliger Querschnitt, so dass die Luftdurchgangskanäle 138, 139 jeweils eine Röhre von sechseckigem Querschnitt bilden.
Die jeweilige Honigwabentafel 135, 137 besteht entweder aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, oder sie besteht aus elektrisch nichtleitendem Material, vorzugsweise aus Papier, Pappe oder einem Kunststoff, als Trägermaterial, dessen Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem elektrisch leitenden Material versehen, vorzugsweise beschichtet, ist. Auch die jeweilige Honigwabentafel 135, 137 ist elektrisch leitend und HF-dicht mit dem zugeordneten Rahmen 134', 136' des betreffenden Abschirmmoduls 134, 136 verbunden.
Zusätzlich ist im gezeigten Beispiel optional ein UV-Filtermodul 104 innerhalb der Luftreinigungseinheit 101 vorgesehen, das in Fig. 7 nur schematisch als UV- Lichtquelle 140 dargestellt ist. Es können auch über den Umfang und in Axialrichtung verteilt mehrere UV-Lichtquellen vorgesehen sein. Das UV-Filtermodul 104 mit seiner zumindest einen UV-Lichtquelle kann auch in das Elektrofiltermodul 102 integriert sein.
Vorteilhaft ist es auch, wenn von außerhalb der Fahrzeugkabine angesaugte Frischluft (Umgebungsluft) nicht direkt in die Fahrzeugkabine eingeleitet wird, sondern der zu filtrierenden Kabinenluft zugemischt und mit dieser zunächst durch die Luftreinigungseinheit 101 geleitet wird, da das Elektrofiltermodul 102 aufgrund der katalytischen Oberflächenbeschichtung der Elektroden mit Titanoxid in der Lage ist, in der angesaugten Frischluft eventuell enthaltene flüchtige organische Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff-Verbindungen (so genannte VOCs - volatile organic compounds) aufzuspalten und in kurzkettigere Kohlenwasserstoff- Verbindungen zu zerlegen und so in der Luft enthaltene VOCs abzubauen.
Die so beispielsweise in einem Luftfahrzeug zum Zweck des Aufbaus des Kabinendrucks aus einer höheren Verdichterstufe eines Triebwerks des Luftfahrzeugs in die Luftfahrzeugkabine eingeleitete Umgebungsluft wird folglich vor dem Vorfiltermodul 120 oder vor der Luftreinigungseinheit 101 in den in Strömungsrichtung V fließenden Luftstrom eingeleitet und mit der dort strömenden Luft vermischt. In der dann durchströmten Luftreinigungseinheit 101 werden somit durch das Elektrofiltermodul 102 auch Kohlenwasserstoffe aus der zugeführten Umgebungsluft entfernt. Hierdurch wird beispielsweise vermieden, dass im Standbetrieb des Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs, angesaugte
Verunreinigungen (Partikel oder Gase) in der Fahrzeugkabine verbreitet werden.
Die in Fig. 7 dargestellten Module Vorfilter 120, Luftreinigungseinheit 101 mit dem Elektrofiltermodul 102 und gegebenenfalls das Adsorptionsfiltermodul 125 und das - falls vorhanden - weitere Filtermodul 127 können bevorzugt als eine integrale Filteranordnung 128 zusammengefasst sein.
Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung einer Elektrode 22, 24, insbesondere einer Anode 22, einer erfindungsgemäßen Luftreinigungseinheit mit einer Titanoxid-Nanopartikel aufweisenden katalytischen Oberflächenschicht 29, 29', wie sie im Beispiel der Figuren 4 und 5 dargestellt ist.
Zunächst wird eine Lösung von Titanisopropoxid (Ci2H2sO4Ti), abgekürzt als TTIP und auch als Tetraisopropylorthotitanat oder Tetraisopropyltitanat bezeichnet, in Isopropanol (CsHsO) im Schritt 200 hergestellt und danach zur Weiterverarbeitung bereitgestellt (Verfahrensschritt a). Vorzugsweise ist diese Lösung eine 0,5-molare Lösung von Titanisopropoxid in Isopropanol.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn dabei dieser Lösung im Schritt 201 Diethanolamin (C4H11NO2), abgekürzt als DEA bezeichnet, hinzugefügt wird, vorzugsweise bis das molare Verhältnis von DEA zu TTIP bei 4 liegt. Anschließend wird diese Mischung bevorzugt im Schritt 202 für einen vorgegebene Zeitraum, beispielsweise für zwei Stunden, bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) gerührt und danach zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Vorzugsweise kann der Mischung noch destilliertes Wasser unter Rühren hinzugefügt werden.
Des Weiteren wird - parallel oder konsekutiv - eine Suspension aus Titanoxid- Nanopartikeln in Isopropanol (CsHsO) hergestellt und bereitgestellt (Verfahrensschritt a'). Dazu werden im Schritt 203 Titanoxid-Nanopartikel, vorzugsweise Titandioxid- Nanopartikel, unter ständigem Rühren in das flüssige Isopropanol gegeben, zum Beispiel in einem Verhältnis von 50 g (Gramm) Nanopartikel zu 1.000 ml (Milliliter) Isopropanol. Die Größe der Nanopartikel beträgt vorzugsweise maximal 50 pm.
Diese Suspension wird dann im Schritt 204 für einen vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise für eine Stunde, von einem Ultraschall-Erzeuger 220 mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt, um eine gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel in der Suspension zu erzielen und deren Sedimentation zu verhindern.
Anschließend wird im Schritt 205 die im Verfahrensschritt a) erhaltene Lösung aus TTIP und Isopropanol und gegebenenfalls DEA mit der im Verfahrensschritt a') erhaltenen Suspension aus Titanoxid-Nanopartikeln in Isopropanol zu einem Suspensions-Tauchbad unter Rühren zusammengemischt (Verfahrensschritt b).
In dieses Suspensions-Tauchbad werden im Schritt 206 die zu beschichtenden Elektroden, die vorher in einem Schritt 206' entfettet, getrocknet und auf eine Temperatur von 105 °C aufgeheizt wurden und bei denen die nicht zu beschichtenden Bereiche (zum Beispiel die Nadelfortsätze 28) abgedeckt wurden, für einen vorgegebenen Tauch-Zeitraum (zum Beispiel für fünf Minuten) eingetaucht (Verfahrensschritt c). Dabei ist es von Vorteil, wenn das Suspensions-Tauchbad von einem Ultraschall-Erzeuger 222 mit Ultraschallschwingungen beaufschlagt wird, um ein Agglomerieren der Nanopartikel zu verhindern.
Nach dem Herausziehen der Elektroden aus dem Suspensions-Tauchbad im Schritt 207 (Verfahrensschritt d) lässt man die noch an den beschichteten Elektroden anhaftende Suspensions-Flüssigkeit vorzugsweise zunächst im Schritt 208 für einen vorgegebenen Abtropf-Zeitraum (zum Beispiel für 10 Minuten) abtropfen (Verfahrensschritt d') und danach im Schritt 209 für einen ersten vorgegebenen Trocknungs-Zeitraum bei Raumtemperatur zum Beispiel 12 Stunden lang trocknen (Verfahrensschritt e).
Danach werden die beschichteten Elektroden im Schritt 210 mit einem vorgegebenen ersten Erwärmungs-Temperaturgradienten von vorzugsweise 3 °C/min bis auf eine erhöhte Trocknungstemperatur von ca. 100 °C erwärmt (Verfahrensschritt f).
Anschließend werden die erwärmten beschichteten Elektroden im Schritt 211 für einen zweiten vorgegebenen Trocknungs-Zeitraum von bevorzugt einer Stunde bei der erhöhten Trocknungstemperatur getrocknet (Verfahrensschritt g).
Die so getrockneten beschichteten Elektrode werden danach im Schritt 212 mit einem vorgegebenen zweiten Erwärmungs-Temperaturgradienten, der vorzugsweise ebenfalls 3 °C/min beträgt, bis auf eine Eingangs-Brenntemperatur von ca. 500 °C aufgeheizt (Verfahrensschritt h) und anschließend im Schritt 213 für einen vorgegebenen Brennzeitraum von bevorzugt einer Stunde bei einer vorgegebenen Brenntemperatur von beispielsweise 650 °C gebrannt (Verfahrensschritt i). Die gebrannten Elektroden werden nach Abschluss dieses Brennprozesses schließlich im Schritt 214 für einen vorgegebenen Abkühlzeitraum von zum Beispiel 12 Stunden auf Raumtemperatur abgekühlt (Verfahrensschritt j).
Um eine möglichst dauerhafte und lange Zeit wirksame katalytische Beschichtung zu erzielen, werden die Schritte 206 bis 209 oder 206 bis 211 einmal oder mehrmals wiederholt, wie es durch die gestrichelte Linie beziehungsweise die strichpunktierte Linie in Fig. 7 symbolisch dargestellt ist. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich vier Wiederholungen, also fünf Tauchgänge, als vorteilhaft erwiesen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken. Bezugszeichenliste
Es bezeichnen:
1 Luftreinigungseinheit
2 Elektrofiltermodul
2' Plattenstapel
3 mechanisches Filtermodul
4 Sensor zur Überwachung der Anionen-Menge
5 Sensor zur Überwachung des Ozongehalts
6 UV-Lichtquelle
7 Stromversorgungsmodul
10 oberes Gehäuse
11 Lufteinlass
12 unteres Gehäuse
20 Ionisator
21 erste Elektrofilterstufe
22 erste Elektroden
22' zentraler Plattenabschnitt von 22
22" Kem von 22
23 zweite Elektrofilterstufe
24 zweite Elektroden
24' lufteintrittsseitiger (ström aufwärtiger) Rand von 24
24" Kem von 24
24'" luftaustrittsseitiger (stromabwärtiger) Rand von 24
25 Plattenspalt
26 dritte Elektrode
27 Zylinderwand
28 Nadelfortsatz
28' Spitze von 28
29 katalytische Oberflächenschicht von 22
29' katalytische Oberflächenschicht von 24 mechanisches Filterelement
Schwebstofffilter radial äußere Eintrittsfläche
Luftaustrittskanal
Austrittfläche
Fahrzeuginnenraum-Luftreinigungssystem
Luftreinigungseinheit
Elektrofiltermodul mechanisches Filtermodul ' mechanisches Filterelement
UV-Filtermodul
Stromversorgungsmodul
Fahrzeugkabine
Zuluftkanälen ' Lufteinflüsse
Zuluftkanäle ' Lufteinlässe
Abluftkanal
Abluftkanal
Abluftkanalsystem
Rohrlufteinlass
Reinluftauslass
Zuluftkanalanordnung mechanisches Vorfiltermodul ' Filtermedium erste Elektrofilterstufe erste Elektroden zweite Elektrofilterstufe zweiten Elektroden
Adsorptionsfiltermodul ' Aktivkohlefilterbett dritten Eletroden 126' Gitterelektrode
127 mechanisches Filtermodul
127' Filtermedium
128 integrale Filteranordnung
128' Filtereinheit
129 Luftfördereinrichtung
129' Axialgebläse
129" Luftschaufelrad
130 Abschirmeinrichtung
132 Umfangs-Abschirmwandung
134 einströmseitiges Abschirmmodul
134' Rahmen
135 Honigwabentafel
135' Honigwabe
136 abströmseitiges Abschirmmodul
136' Rahmen
137 Honigwabentafel
137' Honigwabe
138 Luftdurchgangskanal
138' Kanalwandung
139 Luftdurchgangskanal
139' Kanalwandung
220 Ultraschall-Erzeuger
222 Ultraschall-Erzeuger
A Abluft der Fahrzeugkabine
Qi Lufteintrittsseite
Q2 Luftaustrittseite
Li Länge von 22'
L2 Länge von 24
L3 Länge von 22
M Masse P Schadstoffpartikel
V Strömungsrichtung
Z Zuluft a Plattenabstand b Abstand zwischen den Spitzen 28' benachbarter Nadelfortsätze 28 a Spitzenwinkel ß Spitzenwinkel

Claims

36
Patentansprüche Luftreinigungseinheit mit zumindest einem von zu reinigender Luft durchströmbaren Elektrofiltermodul (2, 102), das zumindest eine erste Elektrode (22, 122) und zumindest eine zweite Elektrode (24, 124) aufweist, zwischen denen die zu reinigende Luft hindurchströmt und zwischen denen durch Anlegen einer von einem Stromversorgungsmodul (7, 107) bereitgestellten elektrischen Hochspannung ein erstes elektrisches Feld erzeugbar ist, wobei die zumindest eine erste Elektrode (22, 122) und die zumindest eine zweite Elektrode (24, 124) einen Ionisator (20) bilden und wobei dem Elektrofiltermodul (2, 102) in Strömungsrichtung (V) der zu reinigenden Luft ein mechanisches Filtermodul (3, 103) mit zumindest einem mechanischen Filterelement (30, 103') nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mechanischen Filterelement (30, 103') oder im mechanischen Filtermodul (3, 103) hinter dem mechanischen Filterelement (30, 103') zumindest eine dritte Elektrode (26, 126) vorgesehen ist, wobei zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124) und der zumindest einen dritten Elektrode (26, 126) durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein zweites elektrisches Feld erzeugbar ist. Luftreinigungseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Elektrode (22, 122) und die zumindest eine zweite Elektrode (24, 124) als Plattenelektroden ausgebildet sind. Luftreinigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der zumindest einen ersten Elektrode (22, 122) und/oder der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124) zumindest bereichsweise mit 37 einer ein Titanoxid aufweisenden katalytischen Oberflächenschicht (29, 29') versehen sind. Luftreinigungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Plattenelektrode ausgebildete zumindest eine erste Elektrode (22, 122) in Strömungsrichtung (V) der zu reinigenden Luft kürzer ist als die ebenfalls als Plattenelektrode ausgebildete zumindest eine zweite Elektrode (24, 124), wobei die zumindest eine zweite Elektrode (24, 124) in stromabwärtiger Richtung und/oder in ström aufwärtiger Richtung über die zumindest eine erste Elektrode (22, 122) hinaus steht. Luftreinigungseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Elektrode (22, 122) einen Plattenabschnitt (22') aufweist, der mit zumindest einem sich im Wesentlichen in der Plattenebene des Plattenabschnitts (22') gelegenen elektrisch leitenden Nadelfortsatz (28) versehen ist, der sich in stromabwärtiger Richtung und/oder in ström aufwärtiger Richtung über den Plattenrand (22'") des Plattenabschnitts (22') der ersten Elektrode (22, 122) hinaus erstreckt. Luftreinigungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zumindest eine Nadelfortsatz (28) in zwei orthogonal aufeinander stehenden Ebenen jeweils zur Nadelspitze (28') hin verjüngt. Luftreinigungseinheit nach Anspruch 2 und Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des zumindest einen Nadelfortsatzes (28) nicht mit der katalytischen Oberflächenschicht (29) versehen sind. Luftreinigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine dritte Elektrode (26, 126) an die elektrische Masse angeschlossen ist und dass sowohl an der zumindest einen ersten Elektrode (22, 122) als auch an der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124) eine gegen Masse gemessen elektrisch positive Spannung anliegt, wobei die positive Spannung an der zumindest einen ersten Elektrode (22, 122) höher ist als die positive Spannung an der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124). Luftreinigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb zwischen der zumindest einen ersten Elektrode (22, 122) und der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124) eine regelbare Gleichspannung anliegt und dass im Betrieb zwischen der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124) und der zumindest einen dritten Elektrode (26, 126) eine konstante Gleichspannung anliegt. Luftreinigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (V) der zu reinigenden Luft hinter der Anordnung aus der zumindest einen ersten Elektrode (22, 122) und der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124) zumindest ein Sensor (5) zur Überwachung des Ozongehalts der Luft vorgesehen ist. Luftreinigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (V) der zu reinigenden Luft hinter der Anordnung aus der zumindest einen ersten Elektrode (22, 122) und der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124) zumindest ein Sensor (4) zur Überwachung der Anionen-Menge vorgesehen ist. Luftreinigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der elektrischen Spannung, die zwischen der zumindest einen ersten Elektrode (22, 122) und der zumindest einen zweiten Elektrode (24, 124) anliegt, durch eine Regelung dynamisch bestimmt ist. Luftreinigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofiltermodul (2; 102) von einer Abschirmeinrichtung (130) umgeben ist und mit dieser eine Elektrofiltereinheit bildet, wobei in Strömungsrichtung (V) der zu reinigenden Luft vor und/oder hinter dem Elektrofiltermodul (2; 102) zumindest ein von der Luft durchström bares Abschirmmodul (134, 136) vorgesehen ist, das eine Vielzahl von Luftdurchgangselementen aufweist, die jeweils einen von einer Kanalwandung umgebenen Luftdurchgangskanal (138, 139) bestimmen, wobei das durchström bare Abschirmmodul (134, 136) zumindest eine Honigwabentafel (135, 137) aufweist, deren einzelne Honigwaben (135', 137') an ihren beiden Enden offen sind und jeweils einen der Luftdurchgangskanäle (138, 139) bilden, wobei die jeweilige Kanalwandung (138', 139') elektrisch leitend ist oder eine elektrisch leitende Oberfläche aufweist. Verfahren zur Beschichtung einer Elektrode gemäß Anspruch 3 mit einer ein Titanoxid aufweisenden katalytischen Oberflächenschicht (29, 29') mit den Schritten a) Bereitstellen einer Lösung von Titanisopropoxid in Isopropanol; a') Bereitstellen einer Suspension aus Titanoxid-Nanopartikeln in Isopropanol und Beaufschlagen der Suspension mit Ultraschallschwingungen; b) Mischen der im Schritt a) erhaltenen Lösung mit der in Schritt a') erhaltenen Suspension zu einem Suspensions-Tauchbad; c) Eintauchen der zu beschichtenden Elektrode (22, 24, 122, 124) für einen vorgegebenen Tauch-Zeitraum in das Suspensions-Tauchbad; d) Herausziehen der beschichteten Elektrode (22, 24, 122, 124) aus dem Suspensions-Tauchbad; e) Trocknen der beschichteten Elektrode (22, 24, 122, 124) für einen ersten vorgegebenen Trocknungs-Zeitraum bei Raumtemperatur; f) Erwärmen der beschichteten Elektrode (22, 24, 122, 124) mit einem vorgegebenen ersten Erwärmungs-Temperaturgradienten bis auf eine erhöhte Trocknungstemperatur; g) Trocknen der beschichteten Elektrode (22, 24, 122, 124) für einen zweiten vorgegebenen Trocknungs-Zeitraum bei der erhöhten Trocknungstemperatur; h) Erwärmen der beschichteten Elektrode (22, 24, 122, 124) mit einem vorgegebenen zweiten Erwärmungs-Temperaturgradienten bis auf eine Eingangs-Brenntemperatur; i) Brennen der beschichteten Elektrode (22, 24, 122, 124) für einen vorgegebenen Brennzeitraum bei einer vorgegebenen Brenntemperatur und j) Abkühlen der gebrannten beschichteten Elektrode (22, 24, 122, 124) für einen vorgegebenen Abkühlzeitraum auf Raumtemperatur. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösung aus Titanisopropoxid und Isopropanol im Schritt a) vor der Weiterverarbeitung Diethanolamin hinzugefügt wird.
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