WO2008034605A1 - Ionisierungsvorrichtung für luftfilteranlagen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an ionization device for air filter systems and the like with two spaced electrodes, which are connectable to a high voltage source.
  • Such devices are known for cleaning, filtering or treating air. Such devices are widely used to provide, for example, suitably prepared, air-conditioned or dehumidified supply air available or clean contaminated exhaust air before escaping into the open, to filter or free from entrained suspended particles or odors.
  • Air filter systems and the like which have two spaced electrodes and can generate a plasma.
  • the usually designed as a plate capacitor electrodes are connected to a high voltage source, so that a
  • Potential difference of several kV between the electrodes can be generated. Particles located between the two electrodes are at least partially excited or ionized. With a suitable potential difference complex molecular compounds, which are perceived as an odor nuisance, can be broken down into individual components that are odor-neutral in this way.
  • the object of the present invention is to design an ionization device in such a way that an efficient treatment of supply or exhaust air and in particular improved odor removal are made possible by simple means.
  • This object is achieved in that the electrodes have a network or a grid of electrically conductive material and a dielectric material is disposed between the electrodes. It has been found that, in the case of a grid-like or grid-shaped electrode, discharges occur essentially at the respective intersection points between the electrodes. By the predeterminable arrangement of the crossing points, the discharges can be distributed in a clever manner over a large area. Depending on the mesh size or the lattice spacings, the ionization device can have a large active volume, so that a good cleaning effect can be achieved within the active volume due to the long residence time of the air flow to be treated.
  • the dielectric material arranged between the electrodes leads to a dielectrically impeded discharge, which has likewise proved to be advantageous for the desired filtering effect.
  • the dielectric material is preferably a solid having a suitable insulating effect. It has been shown that a dielectrically impeded discharge or Barrier discharge for the treatment of supply or exhaust air can be used very beneficial and both odor removal and neutralization of dangerous or unhealthy, or polluting pollutions favors.
  • the electrodes each have a number of spaced apart longitudinally and transversely parallel rod-shaped electrical conductors which are electrically conductively connected to each other at the intersection points.
  • the individual rod-shaped conductors can be, for example, thin metal rods or wires which form an electrically conductive grid in the longitudinal direction and in the transverse direction.
  • Such electrodes are simple and inexpensive to produce.
  • the electrical properties of the electrode can be specified in a simple manner, for example, by the material used for the electrical conductors, the diameter of the electrical conductors or the distance to adjacent rectified electrical conductors. It has been found that, compared to electrically conductive plates or perforated plates, a significantly improved filtering effect can be achieved with such grid electrodes.
  • the distance between the rod-shaped electrical conductors to an adjacent conductor of the same orientation is between 2 mm and 10 mm. In experimental studies it has been found that a distance of 3.5 mm to adjacent rectified electrical conductors is particularly favorable.
  • a potential difference in the range of 1 kV and 10 kV between the electrodes can be predetermined by means of the high voltage source.
  • the dielectric material between the electrodes In order to prevent damage to the dielectric material disposed between the electrodes during operation and impairment of the ionization or plasma generation, it has proven to be advantageous for the dielectric material between the electrodes to be a low-carbon material. Studies have shown that the commonly required high voltage resistance of the dielectric material used is not a sufficient condition for reliable operation over a long period of time. With a dielectric material having a larger number of carbon atoms, the individual carbon atoms would be released from the composite material so that the dielectric material would be damaged and possibly completely destroyed. This danger does not exist when using a mineral ceramic material, for example. Also, the use of a Silicone resin or the use of mica has been tested in practice performed suitable for continuous operation strength, or suitable material properties.
  • a plurality of ionization devices are arranged side by side or one behind the other and the individual electrodes are connected to one another in an electrically conductive manner.
  • FIG. 1 is a side view of an ionization apparatus showing a grid-shaped electrode attached to a plate of dielectric material.
  • Fig. 2 is a sectional view taken along the line II-II of the ionization apparatus shown in Fig. 1 and
  • Fig. 3 is an oblique view of two spaced apart Ionticiansvortechniken, wherein the
  • Ionizing devices are flowed around by a flowing in the direction of arrow airflow.
  • An ionization device shown in the figures comprises a plate 1 made of a dielectric material. On both sides of the plate 1 of dielectric material, a grid-shaped electrode 2 is fixed in each case.
  • the Grid-shaped electrodes 2 are formed in each case from a number of grid bars 3 arranged in the longitudinal direction and grid bars 4 arranged in the transverse direction.
  • the individual grid bars 3, 4 have a substantially constant distance from the respectively adjacent rectified grid bars 3, 4.
  • the longitudinally arranged grid bars 3 and the grid bars 4 arranged in the transverse direction are electrically conductively connected to one another at the respective crossing points.
  • the electrodes are spark and arc proof.
  • the substantially rectangular electrodes 2 have lattice surface regions 5 projecting beyond the rectangular shape, on which a reliable and tear-resistant electrical contacting with a suitable high-voltage source, not shown, can be produced.
  • the grid-shaped electrode 2 is fixed to the plate 1 of dielectric material.
  • a suitable fastening means is, for example, a layer 6 covering the plate 1 in the region of the electrode 2 made of a high-voltage-resistant adhesive, as shown in the figures.
  • a flat coating with a suitable adhesive it is also possible to provide a punctiform application of an adhesive in order, for example, to enable automated production of such electrodes 2 by means of production machines.
  • FIG. 3 shows, by way of example, a parallel arrangement of two ionization devices described above, which form a device for the treatment of air.
  • the individual electrodes 2 of the various ionization devices can be electrically conductively connected to each other in a suitable manner, so that all ionization devices can be operated with one high-voltage source.
  • a parallel arrangement of the individual ionization devices, as shown in FIG. 3, enables efficient ionization and filtering action even in the case of large-volume air flows.

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Abstract

Eine Ionisierungsvorrichtung für Luftf ilteranlagen und der-gleichen weist zwei beabstandete Elektroden (2) auf, die mit einer Hochspannungsquelle ver-bindbar sind, wobei die Elektroden (2) ein Netz oder ein Gitter aus.elektrisch leitendem Material aufweisen und zwischen den Elektroden (2) ein dielektrisches Material angeordnet ist. Die Elektroden (2) weisen jeweils eine Anzahl von im Abstand zueinander in Längsrichtung und in.Querrichtung parallel angeordneten, stabförmigen elektrischen Leitern (3, 4) auf, die an den Kreuzungspunkten elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

Description

Ionisierungsvorrichtung für Luftfilteranlagen
Die Erfindung betrifft eine Ionisierungsvorrichtung für Luftfilteranlagen und dergleichen mit zwei beabstandeten Elektroden, die mit einer Hochspannungsquelle verbindbar sind.
Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Reinigung, Filterung oder Behandlung von Luft bekannt. Derartige Vorrichtungen werden vielfältig eingesetzt, um beispielsweise in geeigneter Weise aufbereitete, klimatisierte oder entfeuchtete Zuluft zur Verfügung zu stellen oder verunreinigte Abluft vor einem Austritt ins Freie zu reinigen, zu filtern oder von mitgeführten Schwebeteilchen oder Gerüchen zu befreien.
Es sind mechanische Reinigungsvorrichtungen bekannt, die etwa einen Prallfilter oder ein aktives Filtermaterial wie beispielsweise Aktivkohle aufweisen. Durchströmt oder umströmt die zu behandelnde Luft den mechanischen Filter, beziehungsweise das aktive Filtermaterial, so werden mitgeführte Partikel oder Feuchtigkeitströpfchen aus dem Luftstrom abgeschieden und zurückgehalten.
Es ist aus der Praxis bekannt, durch die Anregung oder Ionisation von in dem zu behandelnden Luftstrom enthaltenen Teilchen die betreffenden Moleküle oder Partikel aus dem Luftstrom abzusondern und abzuführen. Dies kann beispielsweise durch das Anlegen eines geeigneten elektrostatischen Feldes zwischen zwei Plattenkondensatoren erreicht werden.
Es sind auch Ionisierungsvorrichtungen für
Luftfilteranlagen und dergleichen bekannt, die zwei beabstandete Elektroden aufweisen und ein Plasma erzeugen können. Die üblicherweise als Plattenkondensator ausgestalteten Elektroden werden mit einer Hochspannungsquelle verbunden, so dass eine
Potentialdifferenz von mehreren kV zwischen den Elektroden erzeugt werden können. Zwischen den beiden Elektroden befindliche Teilchen werden zumindest teilweise angeregt oder ionisiert. Bei einer geeigneten Potentialdifferenz können auf diese Weise komplexe MolekülVerbindungen, die als Geruchsbelästigung empfunden werden, in einzelne Bestandteile aufgespalten werden, die geruchsneutral sind.
Es hat sich gezeigt, dass mit elektrostatischen Filterverfahren, bei denen eine Anregung oder Ionisierung der mitgeführten Partikel oder der zu behandelnden Luft erfolgt, eine in einigen Fällen zufrieden stellende Filter- und Reinigungswirkung erzielt werden kann. Der hierfür erforderliche Aufwand sowie die während des Betriebs erforderliche Energie sind nicht unerheblich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ionisierungsvorrichtung so auszugestalten, dass mit einfachen Mitteln eine wirksame Behandlung von Zu- oder Abluft und insbesondere eine verbesserte Geruchsbeseitigung ermöglicht werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Elektroden ein Netz oder ein Gitter aus elektrisch leitendem Material aufweisen und zwischen den Elektroden ein dielektrisches Material angeordnet ist. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer netzartig oder gitterförmig aufgebauten Elektrode im Wesentlichen an den jeweiligen Kreuzungspunkten zwischen den Elektroden Entladungen auftreten. Durch die vorgebbare Anordnung der Kreuzungspunkte können die Entladungen in geschickter Weise über eine große Fläche verteilt werden. In Abhängigkeit von der Maschenweite, beziehungsweise den Gitterabständen kann die Ionisierungsvorrichtung ein großes aktives Volumen aufweisen, so dass auf Grund der großen Verweildauer der zu behandelnden Luftströmung innerhalb des aktiven Volumens eine gute Reinigungswirkung erreicht werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen Ionisierungsvorrichtung nicht nur Gerüche, sondern auch eine Vielzahl von sonstigen gasförmigen organischen KohlenstoffVerbindungen zersetzen und damit neutralisieren kann. Insbesondere ist es auch möglich, organische Lösungsmittel oder dergleichen aus der Zu- oder Abluft herauszufiltern und in harmlose, bzw. geruchsneutrale Bestandteile zu zerlegen.
Das zwischen den Elektroden angeordnete dielektrische Material führt zu einer dielektrisch behinderten Entladung, was sich ebenfalls als vorteilhaft für die gewünschte Filterwirkung herausgestellt hat. Das dielektrische Material ist dabei vorzugsweise ein Festkörper mit geeigneter isolierender Wirkung. Es hat sich gezeigt, dass eine dielektrisch behinderte Entladung oder Barriereentladung für die Behandlung von Zu- oder Abluft sehr vorteilhaft eingesetzt werden kann und sowohl eine Geruchsbeseitigung als auch eine Neutralisation von gefährlichen oder ungesunden, bzw. umweltbelastenden Verunreinigungen begünstigt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Elektroden jeweils eine Anzahl von im Abstand zueinander in Längsrichtung und in Querrichtung parallel angeordneten stabförmigen elektrischen Leitern aufweist, die an den Kreuzungspunkten elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die einzelnen stabförmigen Leiter können beispielsweise dünne Metallstäbe oder Drähte sein, die in Längsrichtung sowie in Querrichtung angeordnet ein elektrisch leitendes Gitter bilden. Derartige Elektroden sind einfach und kostengünstig herstellbar. Die elektrischen Eigenschaften der Elektrode können in einfacher Weise beispielsweise durch das für die elektrischen Leiter verwendete Material, den Durchmesser der elektrischen Leiter oder aber den Abstand zu benachbarten gleichgerichteten elektrischen Leitern gezielt vorgegeben werden. Es hat sich gezeigt, dass im Vergleich zu elektrisch leitenden Platten oder Lochblechen eine wesentlich verbesserte Filterwirkung mit derartigen Gitterelektroden erzielt werden kann.
Untersuchungen haben ergeben, dass auch ein geeignetes Gewebe aus elektrisch leitendem Material oder aber beispielsweise eine gedruckte Leiterbahnanordnung bzw. gedruckte Schaltung die gewünschten elektrischen Eigenschaften der Elektrode erzielen können. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Abstand der stabförmigen elektrischen Leiter zu einem benachbarten Leiter gleicher Ausrichtung zwischen 2 mm und 10 mm beträgt. Bei experimentellen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass ein Abstand von 3,5 mm zu benachbarten gleichgerichteten elektrischen Leitern besonders günstig ist.
Um eine für viele Anwendungsfälle ausreichende Anregung und Ionisierung der an den Elektroden vorbeiströmenden Teilchen zu bewirken ist vorgesehen, dass mittels der Hochspannungsquelle eine Potentialdifferenz im Bereich von 1 kV und 10 kV zwischen den Elektroden vorgebbar ist.
Um eine Beschädigung des zwischen den Elektroden angeordneten dielektrischen Materials während des Betriebs und eine Beeinträchtigung der Ionisierung, beziehungsweise Plasmaerzeugung zu vermeiden hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass das dielektrische Material zwischen den Elektroden ein kohlenstoffarmes Material ist. Untersuchungen haben ergeben, dass die üblicherweise geforderte Hochspannungsfestigkeit des verwendeten dielektrischen Materials keine ausreichende Bedingung für einen zuverlässigen Betrieb über einen langen Zeitraum darstellt. Bei einem dielektrischen Material, welches in größerer Anzahl Kohlenstoffatome aufweist, würden die einzelnen Kohlenstoffatome aus dem Materialverbund gelöst werden, so dass das dielektrische Material beschädigt und gegebenenfalls vollständig zerstört würde. Diese Gefahr besteht bei Verwendung eines beispielsweise mineralischkeramischen Materials nicht. Auch die Verwendung eines Silikonharzes oder die Verwendung von Glimmer hat bei durchgeführten Praxisversuchen eine für einen Dauerbetrieb geeignete Festigkeit, beziehungsweise geeignete Materialeigenschaften aufgewiesen.
Um bei einem lediglich geringfügig erhöhten Raumbedarf eine deutlich verbesserte Filterwirkung herbeiführen zu können ist vorgesehen, dass mehrere Ionisierungsvorrichtungen nebeneinander oder hintereinander angeordnet und die einzelnen Elektroden in geeigneter Weise miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens näher erläutert, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ionisierungsvorrichtung, wobei eine an einer Platte aus dielektrischem Material befestigte gitterförmige Elektrode sichtbar ist,
Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II der in Fig. 1 dargestellten Ionisierungsvorrichtung und
Fig. 3 eine Schrägansicht von zwei im Abstand voneinander angeordneten Ionisierungsvorrichtungen, wobei die
Ionisierungsvorrichtungen von einem in Pfeilrichtung strömenden Luftstrom umströmt werden.
Eine in den Figuren dargestellte Ionisierungsvorrichtung weist eine Platte 1 aus einem dielektrischen Material auf. Auf beiden Seiten der Platte 1 aus dielektrischem Material ist jeweils eine gitterförmige Elektrode 2 befestigt. Die gitterförmigen Elektroden 2 werden gebildet aus jeweils einer Anzahl von in Längsrichtung angeordneten Gitterstäben 3 und in Querrichtung angeordneten Gitterstäben 4. Die einzelnen Gitterstäbe 3, 4 weisen einen im Wesentlichen gleich bleibenden Abstand zu den jeweils benachbarten gleichgerichteten Gitterstäben 3, 4 auf. Die in Längsrichtung angeordneten Gitterstäbe 3 und die in Querrichtung angeordneten Gitterstäbe 4 sind an den jeweiligen Kreuzungspunkten elektrisch leitend miteinander verbunden.
Die Elektroden sind funken- und lichtbogensicher ausgeführt. Die im Wesentlichen rechteckförmigen Elektroden 2 weisen über die Rechteckform hinaus ragende Gitterflächenbereiche 5 auf, an welchen eine zuverlässige und abreißsichere elektrische Kontaktierung mit einer geeigneten, nicht dargestellten Hochspannungsquelle hergestellt werden kann.
Die gitterförmige Elektrode 2 ist an der Platte 1 aus dielektrischem Material befestigt. Ein geeignetes Befestigungsmittel ist beispielsweise eine die Platte 1 im Bereich der Elektrode 2 bedeckende Schicht 6 aus einem hochspannungsfesten Kleber, wie in den Figuren dargestellt. Anstelle einer flächigen Beschichtung mit einem geeigneten Kleber kann auch ein punktueller Auftrag eines Klebemittels vorgesehen sein, um beispielsweise eine automatisierte Herstellung derartiger Elektroden 2 mittels Herstellungsautomaten zu ermöglichen.
Wird eine Hochspannung von beispielsweise 2 bis 3 kV an die zu beiden Seiten der Platte 1 aus dielektrischem Material angeordneten Elektroden 2 angelegt, so kann ein nicht- thermisches, atmosphärisches Plasma erzeugt werden. Wird in der beispielsweise in der in Fig. 3 angedeuteten Pfeilrichtung ein Luftstrom an den Elektroden 2 vorbeigeführt, so werden durch die elektrische Anregung, die Ionisation und/oder die Plasmaerzeugung im Bereich um die Elektroden längere Molekülketten durch Zersetzung und Oxidation in einzelne Komponenten zerlegt. Insbesondere organische Kohlenstoffverbindungen, die beispielsweise für eine empfundene Geruchsbelästigung verantwortlich gemacht werden können, werden zu einem großen Anteil in geruchslose Komponenten zerlegt. Vorbeiströmende Partikel oder Flüssigkeitströpfchen werden ebenfall entweder in einzelne Bestandteile zerlegt oder aber elektrisch angeregt, beziehungsweise elektrisch geladen, so dass sie entweder im Bereich der Elektroden oder in einem anschließenden Filterbereich aus dem Luftström abgeschieden und abgeführt werden können.
In Fig. 3 ist exemplarisch eine parallele Anordnung von zwei vorangehend beschriebenen Ionisierungsvorrichtungen abgebildet, die eine Vorrichtung zur Behandlung von Luft bilden. Die einzelnen Elektroden 2 der verschiedenen Ionisierungsvorrichtungen können dabei in geeigneter Weise elektrisch leitend miteinander verbunden sein, so dass mit einer Hochspannungsquelle alle Ionisierungsvorrichtungen betrieben werden können. Eine parallele Anordnung der einzelnen Ionisierungsvorrichtungen, wie sie in Fig. 3 abgebildet ist, ermöglicht auch bei großvolumigen Luftströmungen eine effiziente Ionisierung und Filterwirkung .

Claims

Manfred H. LangnerIonisierungsvorrichtung für LuftfilteranlagenP a t e n t a n s p r ü c h e
1. Ionisierungsvorrichtung für Luftfilteranlagen und dergleichen mit zwei beabstandeten Elektroden (2) , die mit einer Hochspannungsquelle verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) ein Netz oder ein Gitter aus elektrisch leitendem Material aufweisen und dass zwischen den Elektroden (2) ein dielektrisches Material angeordnet ist.
2. Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) jeweils eine Anzahl von im Abstand zueinander in Längsrichtung und in Querrichtung parallel angeordneten, stabförmigen elektrischen Leitern (3, 4) aufweist, die an den Kreuzungspunkten elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
3. Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der stabförmigen elektrischen Leiter (3, 4) zu einem benachbarten Leiter (3, 4) gleicher Ausrichtung zwischen 2 mm und 10 mm beträgt.
4. Ionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Hochspannungsquelle eine Potentialdifferenz im Bereich von 1 kV und 10 kV zwischen den Elektroden (2) vorgebbar ist.
5. Ionisierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material zwischen den Elektroden (2) ein kohlenstoffarmes Material ist.
6. Ionisierungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material ein mineralisch-keramisches Material ist.
7. Vorrichtung zur Behandlung von Luft mit einer
Ionisierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere Ionisierungsvorrichtungen aufweist, die nebeneinander oder hintereinander angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elektroden verschiedener Ionisierungsvorrichtungen in geeigneter Weise miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
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