WO2021099110A1 - Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung - Google Patents

Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2021099110A1
WO2021099110A1 PCT/EP2020/080876 EP2020080876W WO2021099110A1 WO 2021099110 A1 WO2021099110 A1 WO 2021099110A1 EP 2020080876 W EP2020080876 W EP 2020080876W WO 2021099110 A1 WO2021099110 A1 WO 2021099110A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
air
filter unit
ionization
voltage
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/080876
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Hepperle
Daniel Vollmar
Original Assignee
BSH Hausgeräte GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Hausgeräte GmbH
Priority to EP20803458.7A priority Critical patent/EP4061535A1/de
Priority to CN202080079936.1A priority patent/CN114641347A/zh
Priority to US17/762,763 priority patent/US20220339641A1/en
Publication of WO2021099110A1 publication Critical patent/WO2021099110A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
    • B03C3/12—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by separation of ionising and collecting stations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/22—Ionisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/323—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 by electrostatic effects or by high-voltage electric fields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/019—Post-treatment of gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
    • B03C3/14—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by the additional use of mechanical effects, e.g. gravity
    • B03C3/155—Filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions
    • B03C3/41—Ionising-electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions
    • B03C3/45—Collecting-electrodes
    • B03C3/47—Collecting-electrodes flat, e.g. plates, discs, gratings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/20—Removing cooking fumes
    • F24C15/2035—Arrangement or mounting of filters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2209/00—Aspects relating to disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L2209/10—Apparatus features
    • A61L2209/14—Filtering means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/90—Odorous compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/708
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/06—Polluted air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
    • B01D2259/4508—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for cleaning air in buildings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma

Definitions

  • Electrostatic filter unit for air cleaning device
  • the present invention relates to an electrostatic filter unit for an air cleaning device and an air cleaning device having such an electrostatic filter unit.
  • Mechanical filters are used in fume cupboards to filter aerosols (solid and liquid particles). These are expanded metal filters, perforated plate filters, baffle filters, fleeces (fiber material), edge suction filters, sintered plastics and other porous media or the like. All of these mentioned filter media filter according to mechanical separation mechanisms such as the diffusion effect, the blocking effect and, most importantly, the inertia effect. When separating according to the inertia effect, the particle cannot follow the streamline of the gas (air) around the individual filter fibers, expanded metal layers, porous media or the like due to its mass inertia and as a result collides with them.
  • electrostatic filter units are known. In order to ensure electrostatic separation of particles in the air, they must first be charged (ionized), ideally up to their maximum electrical saturation charge q s . For this reason, electrostatic filter units have an ionization unit. After flowing through the ionization unit, the air flows into a separation unit, in which the charged particles are separated on precipitation electrodes.
  • spray electrodes are used in the ionization unit, which are arranged between grounded, flat, air-impermeable counter-electrodes.
  • thin tungsten wires are used for the spray electrodes.
  • helical, barbed or sawtooth electrodes can also be found in the application.
  • the ionization principle is based on the corona discharge. According to this principle, the particles in the air are electrostatically charged.
  • the downstream separation unit usually consisting of alternating plates, on which the charged particles are separated.
  • the spray electrode and the positive collecting electrodes are under electrical high voltage (direct voltage DC) in the kilovolt range.
  • the uncharged particles are ionized in the ionization unit and then deflected in the separation unit, which can also be referred to as a collector, between the collecting electrodes by the external electric field between the collecting electrodes and deposited thereon.
  • a disadvantage of the known electrostatic filter units is that the ionization unit consists of a large number of individual parts.
  • the object of the present invention is therefore to create an electrostatic filter unit which has a simple structure and yet ensures efficient cleaning of air.
  • the invention relates to an electrostatic filter unit for an air cleaning device, the filter unit comprising an ionization unit and a separation unit.
  • the electrostatic filter unit is characterized in that the ionization of particles in the air and odor reduction are carried out in the ionization unit.
  • the filter unit is also referred to below as a filter module or filter cassette.
  • the air cleaning device in which the filter unit can be used can be a fume extractor or an extractor or other vapor extraction device or an air cleaner for interiors or for passenger cabins in the automotive sector.
  • the electrostatic filter unit has an ionization unit, which is also referred to as an ionization stage, and a separation unit, which is also referred to as a separation stage.
  • the separation unit is arranged after the ionization unit in the direction of flow.
  • both the particles, in particular aerosols, which are in the air flowing through the filter unit are ionized and odors are broken down.
  • odors are completely removed.
  • the odor reduction can take place, for example, by removing odorous substances or by neutralizing the odors.
  • the odor reduction is therefore also referred to below as odor removal, odor elimination or odor neutralization.
  • the structure of the electrostatic filter unit is simplified, since a separate odor filter connected downstream of the particle filter is not absolutely necessary. A considerable saving in space can thus also be achieved and the installation of the filter unit is simplified.
  • the ionization unit comprises a device for generating dielectrically impeded barrier discharge.
  • the dielectrically impeded barrier discharge is also referred to as a dielectric barrier discharge. Due to the effect of the dielectrically impeded barrier discharge, on the one hand the ionization of the aerosols contained in the sucked in air, in particular solid or liquid particles, can take place. On the other hand, olfactory unpleasant smells in the air are broken down or eliminated by this effect, in particular an odor elimination of organically volatile compounds VOCs is achieved.
  • the ionization unit has at least two air-permeable electrodes arranged one behind the other in the direction of flow.
  • the flow direction in which the sucked in air flows through the filter unit is referred to as the flow direction. Since the electrodes of the ionization unit are air-permeable and are arranged one behind the other in the direction of flow, a thorough mixing of the air when flowing through the ionization unit and thus, on the one hand, reliable ionization and reliable odor neutralization can be ensured.
  • the structure of the ionization unit is simplified compared to the structure known from the prior art with spray electrodes and plate-shaped counter-electrodes due to the reduced number of parts.
  • the dielectrically hindered barrier discharge which is preferably used for ionization and odor removal, presupposes that at least one insulator (dielectric) is present between the electrodes.
  • At least one of the electrodes of the ionization unit therefore represents a high-voltage electrode and at least one of the electrodes represents a counter electrode and at least one electrical insulator is arranged between these electrodes.
  • the insulator acts as a dielectric for the dielectrically hindered barrier discharge.
  • the pulsed voltage can be a positive or negative type of voltage.
  • various voltage forms are possible.
  • a sinusoidal, rectangular, triangular or sawtooth-shaped voltage form is used here, for example.
  • the counter-electrode of the ionization unit is connected to the electrical counter-potential so that a changing electrical voltage difference AU between the high-voltage electrode and the counter-electrode can be ensured.
  • the counter electrode can be grounded.
  • the counter electrode is electrically connected to the protective conductor PE (protective earth).
  • the capacitive ionization unit consisting of at least two electrodes (high-voltage electrode, counter-electrode) with different electrical voltage potentials to each other and at least one dielectric between these two electrodes, uses a time-changing electrical voltage difference AU between these two electrodes to lead to an electrical displacement current I, which in turn is a Ionization of the air caused by ionization processes.
  • I electrical displacement current
  • ROS reactive oxygen species
  • RNS reactive nitrogen species
  • reactive species are energetically highly reactive molecules which, among other things, enter into chemical compounds with unpleasant odor molecules and other volatile organic compounds (VOC's), whereby these unpleasant odor molecules are chemically converted into other chemical compounds.
  • VOC's volatile organic compounds
  • the odor is reduced to the point of complete odor elimination.
  • electrodes are used in the ionization unit, which ionize the air between the electrodes according to the principle of the dielectrically impeded barrier discharge.
  • This ionization of the air in the ionization area leads to the degradation / neutralization of olfactory unpleasant odor molecules and other volatile chemical compounds (VOCs).
  • the insulator required to generate the dielectrically impeded barrier discharge is preferably formed by an insulation coating on at least one surface on at least one of the electrodes of the ionization unit.
  • This electrical surface insulation which functions as a dielectric, on the one hand prevents electrical flashovers and short circuits between the electrodes of the ionization unit and on the other hand ensures that the ionization unit functions as a plasma unit.
  • the high-voltage electrode is designed to be electrically insulating, in particular provided with an insulating coating.
  • the counter-electrode of the ionization unit can be designed to be electrically insulating, or all electrodes have electrical insulation on their surface.
  • a coating method for electrical insulation of the electrode (s) of the ionization unit for example, functional powder and ceramic coatings, fluidized bed sintering methods, sol-gel methods, dip coating, enamelling, painting or rubber coating of the electrode (s) come into consideration.
  • the electrodes of the ionization unit are air-permeable electrodes and are preferably each formed by at least one surface element.
  • the shape of the high-voltage electrode and the counter-electrode can be a flat surface. Alternatively, however, the surface element can also have a curved, curved, corrugated or pleated shape, for example.
  • the electrodes of the ionization unit are preferably parallel to one another. In the case of electrodes that represent a surface element deviating from a flat surface, the shape of the high-voltage electrode (s) and the counter electrode (s) are the same, i.e. their curvature, curvature of the individual waves or the pitch of the pleated tips is the same. This ensures that the distance between the electrodes is the same over the area of the electrodes. This is because plasma is generated in the distance between the high-voltage electrode and the counter-electrode when the filter unit is in operation.
  • the design of the electrodes as curved, pleated or corrugated surface elements leads to an increase in surface area, which in turn serves to reduce pressure loss Dr [Pa] when flowing through the electrode medium and to increase efficiency with regard to particle ionization and odor reduction.
  • the distance between adjacent electrodes of the ionization unit is greater than or equal to 0 mm.
  • the distance d between the two electrodes is preferably in a range of 0 ⁇ d ⁇ 6 mm.
  • At least one high-voltage electrode and / or at least one counter-electrode is constructed in multiple layers.
  • the at least one high-voltage electrode and the at least one counter-electrode consist of air-permeable material.
  • the electrodes are also referred to as porous electrodes.
  • the electrodes can all consist of the same air-permeable material.
  • different electrodes consist of different materials.
  • the advantage of using air-permeable material for the electrodes of the ionization unit is that the production of the ionization unit is facilitated, since the required air permeability is provided by the material itself.
  • the electrodes of the ionization unit consist of an air-impermeable material with at least one air passage opening. It is also possible that only some of the electrodes, for example only the high-voltage electrodes or only the counter electrodes, consist of such a material and the other electrodes in each case consist of air-permeable material.
  • the material of the electrodes is chosen so that it is electrically conductive or antistatic.
  • the electrodes of the ionization unit can be, for example, perforated metal sheets, for example perforated metal sheets, welded grids, woven wire grids, expanded metals, sintered materials and foams.
  • at least one high-voltage electrode and a counter electrode of the ionization unit are arranged with respect to one another in such a way that their structure is rotated about an axis in the plane of the respective electrode. This means that the individual electrodes are offset in the plane of the respective electrode around an axis of rotation which is perpendicular to the plane of the electrode by an angle of 0 to 360 ° when installed.
  • the electrodes of the ionization unit are subjected to a high voltage which changes over time.
  • the high voltage can be, for example, alternating voltage or a pulsed voltage.
  • the ionization unit therefore has a high-voltage transformer, by means of which a high voltage that changes over time can be generated for the electrodes of the ionization unit, in particular the high-voltage electrode of the ionization unit.
  • the high-voltage transformer is used to generate or generate the necessary electrical high voltage.
  • the high-voltage transformer can also be referred to as a high-voltage generator or high-voltage power supply unit.
  • This high-voltage transformer supplies the electrodes of the ionization unit, in particular the at least one high-voltage electrode and at least one counter-electrode, with electrical high voltage or with electrical energy on the secondary side via the connecting lines.
  • the high-voltage transformer is supplied with electrical power via a connection or connection lines for lower voltage.
  • the separation unit of the electrostatic filter unit can be a so-called plate separator, in which the collecting electrodes are parallel to the direction of flow. According to one embodiment, however, the separation unit consists of at least two air-permeable precipitation electrodes which are arranged one behind the other in the direction of flow.
  • the particles electrically charged by the ionization unit flow through the separation unit arranged downstream of the ionization unit in the direction of flow.
  • In the separation unit is at least Two collecting electrodes, some of which are under electrical high voltage, create an electrical field to one another.
  • the air with the electrically charged particles emerging from the ionization unit flows into the separation unit. Due to the electric field built up there between the collecting electrodes, the particles are deposited on the collecting electrodes and thus filtered out of the air.
  • the precipitation electrodes are air-permeable precipitation electrodes, which are preferably inclined to the direction of flow and arranged one behind the other, the air flows through the precipitation electrodes and, in addition to the separation of the particles by the electrical field, the particles can also be mechanically separated on the Precipitation electrodes take place. This further increases the efficiency of the filter unit.
  • the space required for the separation unit and thus the size of the filter unit are reduced compared to a plate separator.
  • the ionization unit preferably also consists only of air-permeable electrodes which are located one behind the other in the direction of flow, the depth of the filter unit, that is, its dimensions in the direction of flow, can be minimized and its structure can be particularly simple.
  • the filter unit can only consist of air-permeable, in particular flat electrodes, both for the ionization unit and for the separation unit.
  • an additional odor filter can be provided in the filter unit in addition to the ionization unit and the separation unit.
  • This preferably has a structure corresponding to the ionization unit.
  • the additional odor filter has air-permeable, flat electrodes which lie one behind the other in the direction of flow and between which an insulator is provided.
  • the filter unit has a small dimension in the direction of flow, but the cleaning of the air from all impurities can be ensured.
  • the present invention relates to an air cleaning device which has at least one filter unit according to the invention. Advantages and features that are described with respect to the filter unit apply - if applicable - correspondingly to the air cleaning device and vice versa.
  • the air cleaning device can be, for example, an air cleaner for filtering room air, a device for filtering air sucked into a passenger cabin in the automotive sector, or an extractor hood for kitchens.
  • the air cleaning device can have several filter units according to the invention according to the invention.
  • the at least one filter unit is preferably arranged on the suction side of the air cleaning device.
  • the air cleaning device is an extractor hood and the at least one filter unit is arranged in front of the fan of the extractor device.
  • the filter unit according to the invention which can also be referred to as an ionizing filter unit / filter cassette, is preferably arranged in the air intake area of the fume cupboard so as not to contaminate the components behind it with cooking vapors / aerosols / dirt.
  • an ionizing filter unit can optionally also be arranged in the air outlet area in the fume hood or along the air flow guide between the inlet and outlet area of the fume hood.
  • the geometric dimensions (length, width and height) of such an ionizing filter module vary depending on the installation location or the type and geometry of the extractor.
  • Figures 1a and 1b schematic rear perspective views of two
  • FIG. 2 a schematic perspective view of an embodiment of the ionization unit according to the invention
  • FIG. 3 a schematic perspective view of a further embodiment of the ionization unit according to the invention
  • FIG. 4 a schematic block diagram of an embodiment of the ionization unit according to the invention.
  • FIG. 5 a schematic detailed view of a further embodiment of the ionization unit according to the invention.
  • FIGS. 6a, 6b and 6c schematic representations of an embodiment of the electrode geometry of the ionization unit
  • FIGS. 7a and 7b schematic representations of a further embodiment of the electrode geometry of the ionization unit
  • FIGS. 8a, 8b and 8c schematic representations of a further embodiment of the electrode geometry of the ionization unit
  • FIGS. 9a and 9b schematic representations of different geometries of the electrode deionization unit
  • FIGS. 10a and 10b schematic representation of possible voltage curves of the voltage for the ionization unit of the filter unit according to the invention.
  • FIGS. 11a and 11b schematic representation of possible voltage curves of the voltage for the separation unit of the filter unit according to the invention.
  • FIG. 12 a schematic block diagram of an embodiment of a high-voltage transformer.
  • a schematic perspective view of a first embodiment of the filter unit 1 according to the invention is shown in FIG. 1a.
  • the view represents a perspective rear view, that is, perspective against the direction of flow.
  • the filter unit 1 represents an electrically ionizing filter unit 1 and is also referred to as a filter module / filter cassette.
  • the filter unit 1 consists of an ionization unit 2 and a separation unit 3.
  • the ionization unit 2 is used for particle charging and odor reduction and the separation unit 3 for particle separation.
  • the electrical particle charging of each individual particle is preferably achieved up to its maximum electrical saturation charge qs.
  • the ionization unit 2 and the separation unit 3 are arranged spatially one behind the other in the air flow direction, which is shown in the figures by a block arrow.
  • the separation unit 3 is located after the ionization unit 2 in the direction of flow.
  • the separation unit 3 is designed as a plate separator, in which the collecting electrodes 30, 31 are arranged alternately and extend in the direction of flow.
  • the collecting electrodes 30, 31 are formed by air-impermeable plates arranged parallel to one another.
  • FIG. 1b An alternative of the separating unit 3 to the plate separator is shown in FIG. 1b.
  • the separation unit 3 is formed with an air-permeable separation medium in the form of air-permeable electrodes which are inclined to the direction of flow and, in particular, are aligned perpendicularly.
  • the collecting electrodes 30, 31 of the separation unit 3 are traversed by the air that flows through the filter unit 1.
  • the particle separation takes place at the voltage-carrying, air-permeable precipitation electrodes 30, which are likewise arranged alternately, and the grounded, air-permeable precipitation electrodes 31.
  • the air-permeable precipitation electrodes 30, 31 shown can basically be any material / medium which is air permeable. Welding grids, wire mesh, fiber materials, perforated metal sheets, expanded metals, sintered plastics and foams or similar air-permeable media can be considered here as examples. If porous plastic media are used, they must be electrically conductive with regard to their specific properties so that the electric field can build up between the individual layers.
  • a positive or negative voltage can be used for the live precipitation electrode plate 30 or live, air-permeable precipitation electrode 30.
  • the pulsed voltage can be a sinusoidal, square, triangular or sawtooth voltage.
  • the grounded precipitation electrode plate 31 or the grounded, air-permeable precipitation electrode 31 are electrically connected to the counter potential, the protective conductor connection PE (protective earth).
  • the ionization unit 2 consists of a high-voltage electrode 20 and a counterelectrode 21. Between these electrodes 20, 21 a dielectric (not visible) is provided, for example by coating one of the electrodes 20, 21 at least on the surface facing the other electrode can be formed.
  • the dielectric has an air-permeable shape due to its provision as an insulating coating or sheathing for the air-permeable electrode (s).
  • the electrodes 20, 21 each represent a surface element. In the embodiment shown, the surface elements are flat.
  • the electrodes 20, 21 are parallel to one another at a distance.
  • the ionization unit 2 has, in addition to the electrodes 20, 21, connections for applying electrical voltage to at least one of the electrodes 20, 21 and preferably a frame that holds the electrodes 20, 21 at their edges.
  • the high-voltage electrodes 20 and counter electrodes 21 are each flat surface elements and are arranged alternately.
  • the air-permeable electrodes 20, 21 shown in FIGS. 2 and 3 can in principle be any material / medium that is air-permeable and electrically conductive or antistatic.
  • Perforated sheets e.g. perforated sheets, welded grids, woven wire grids, expanded metals, sintered materials and foams come into consideration here as an example.
  • the air-permeable counter electrode 21 is formed by a woven wire mesh, which is shown in Figure 6b.
  • the air-permeable high-voltage electrode 20 is formed by a welded grid, which is shown in FIG. 6c. The welding grille is electrically isolated.
  • the air-permeable counter electrode 21 and the air-permeable high-voltage electrode 20 are each formed by a perforated plate, which is shown in FIG. 7b.
  • the perforated plate which forms the air-permeable high-voltage electrode 20 is preferably electrically insulated.
  • the air-permeable counter electrode 21 and the air-permeable high-voltage electrode 20 are each formed by an expanded metal.
  • the expanded metal which forms the air-permeable counter electrode 21 is shown in FIG. 8b and the expanded metal which forms the air-permeable high-voltage electrode 20 is shown in FIG. 8c and is electrically insulated.
  • FIGS. 9a and 9b Further embodiments of the geometry of the electrodes of the ionization unit 2 are shown in FIGS. 9a and 9b.
  • each of the electrodes 20, 21 is pleated.
  • each of the electrodes 20, 21 is designed to be corrugated.
  • the distance between the electrodes 20, 21 varies in FIG. 12b, it is preferred that the distance over the surface of the electrodes is the same.
  • the structure of the ionization unit is shown schematically in a block diagram in FIG.
  • the distance d is preferably between 0 and 6 mm. The distance depends on the amount of the electrical voltage applied to the live electrode 20.
  • the plasma is formed in the ionization region 23 between the air-permeable counter electrode 21 and the air-permeable high-voltage electrode 20.
  • the air-permeable high-voltage electrode 20 is provided with an insulation coating 22 which forms the dielectric and can also be referred to as a sheathing.
  • the electrodes 20 and 21 are arranged alternately with one another.
  • the first and last electrodes in the direction of flow can be both an air-permeable counter-electrode 21 and an air-permeable high-voltage electrode 20.
  • the number of air-permeable electrodes 21 between two air-permeable high-voltage electrodes 20 can be greater than or equal to 1. The same also applies in the opposite case, in which the number of air-permeable high-voltage electrodes 20 between two air-permeable counter-electrodes 21 is greater than or equal to 1.
  • the pulsed voltage can be a positive or negative type of voltage.
  • Various voltage forms are possible for the alternating voltage and the pulsed voltage.
  • a sinusoidal, rectangular, triangular or sawtooth-shaped voltage form is used here, for example.
  • the air-permeable counter-electrode is connected to the electrical counter-potential so that a changing electrical voltage difference AU between the high-voltage electrode 20 and the counter-electrode 21 can be ensured.
  • the air-permeable counter electrode 21 can be grounded.
  • the air-permeable counter electrode 21 is electrically connected to the protective conductor PE (protective earth).
  • the ionization unit can have a high-voltage transformer 4, which is shown schematically in FIG. 12 as a block diagram.
  • This high-voltage transformer 4 supplies the high-voltage electrode 20 and counter-electrode 21 with electrical high voltage or with electrical energy on the secondary side 44 via the connection lines 40, 41.
  • Possible voltage profiles on the secondary side 44 of the high-voltage transformer 4 are shown in FIGS. 10a and 10b.
  • the electrical voltage supply of the high-voltage transformer 4 takes place via the connection / connection lines 42, for example with direct current or alternating current.
  • the individual electrodes can be offset from one another in the installed state about an axis of rotation in the plane from 0 to 360 °. This is shown by way of example in FIG. 5, in which the electrodes 20, 21 are rotated by 45 ° with respect to one another at an offset to one another.
  • dielectrically hindered barrier discharge which is preferably used in the invention, there is an electrical displacement current I between two electrodes with at least one dielectric if an electrical voltage U that changes over time is applied between these two electrodes under ambient conditions , the so-called ignition voltage Uzu ndvoltage .
  • the amount of ignition voltage depends on many factors, such as the electrode geometry, the insulation material (dielectrics), the gap width d, the voltage shape, the gas composition, etc.
  • This electrical displacement current I causes the air to ionize between the two electrodes.
  • reactive oxygen species ROS
  • RNS reactive nitrogen species
  • the present invention has a number of advantages.
  • the ionizing filter unit requires only a fraction of the installation space compared to the classic ionization method using a spray electrode.
  • the electrodes which are designed as air-permeable surface elements, require significantly less space due to their geometric shape than the grounded counter-electrodes extruded in the air flow direction used in the classic ionization method.
  • the corona ionizers used in practice usually consist of a large number of individual parts, such as insulators to isolate the live individual parts, spacers to fix the earthed counter-electrodes and other elements for wire suspension and electrical busbars for power supply the built-in spray electrodes.
  • this invention consists of significantly fewer individual parts.
  • the ionization unit according to the invention preferably consists of the individual electrodes and, if necessary, spacers in order to keep electrodes at a defined distance d> 0 mm. This creates a cost advantage in terms of material and manufacturing costs.
  • At least one electrode preferably has an insulation (dielectric), ideally the high-voltage electrode which is under electrical voltage is completely electrically insulated. This prevents the risk of flashovers and short circuits.
  • the electrodes which are preferably used according to the invention and which represent surface elements, are dimensionally stable in contrast to spray electrodes.
  • a homogeneous particle ionization can be achieved with the present invention.
  • the particle ionization is not homogeneous; the particles are charged more efficiently in the vicinity of the spray electrode than in the vicinity of the grounded counter electrode. This disadvantage is eliminated by means of this invention.
  • the particle ionization can take place homogeneously in the ionization area over the entire electrode surface of the electrodes of the ionization unit.
  • the ionization unit according to the invention makes it possible to implement an odorless additional function in an electrostatic filter. Additional components for purely eliminating odors using activated carbon filters or other plasma filters are thus superfluous.
  • the ionization unit used according to the invention preferably consists of porous or air-permeable electrodes and electrodes arranged one behind the other also has a high efficiency in terms of odor reduction. This is due to the fact that a plasma wall builds up during operation by means of the porous electrodes, through which the air laden with odor molecules flows. When the odor molecules in the air flow through this ionization area “plasma wall”, a complete chemical reaction of these odor molecules with the reactive species occurs. In other words, there is a complete mixing of odor molecules and other reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS). Due to their geometric properties, the air-permeable electrodes of the plasma unit lead to better mixing of the air flowing through.
  • ROS reactive oxygen species
  • RNS reactive nitrogen species
  • the ionizing filter unit according to the invention can be cleaned both in the dishwasher and by hand using cleaning substances and water.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Filtereinheit für eine Luftreinigungsvorrichtung, wobei die Filtereinheit (1) eine Ionisationseinheit (2) und eine Abscheideeinheit (3) umfasst. Die elektrostatische Filtereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Ionisationseinheit (2) die Ionisation von Partikeln in der Luft und ein Geruchsabbau ausgeführt werden. Zudem betrifft die Erfindung eine Luftreinigungsvorrichtung mit einer solchen Filtereinheit (1).

Description

Elektrostatische Filtereinheit für Luftreinigungsvorrichtung und
Luftreinigungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Filtereinheit für eine Luftreinigungsvorrichtung und eine Luftreinigungsvorrichtung mit einer solchen elektrostatischen Filtereinheit.
In Dunstabzügen werden zur Filtration von Aerosolen (festen und flüssigen Partikeln) mechanische Filter eingesetzt. Hierbei handelt es sich um Streckmetallfilter, Lochblechfilter, Baffle-Filter, Vliese (Fasermaterial), Randabsaugungsfilter, Sinterkunststoffe und sonstige poröse Medien oder Ähnliches. Alle diese genannten Filtermedien filtern nach mechanischen Abscheidemechanismen wie dem Diffusionseffekt, Sperreffekt und maßgebend dem Trägheitseffekt. Bei der Abscheidung nach dem Trägheitseffekt kann das Partikel aufgrund seiner Masseträgheit der Stromlinie des Gases (Luft) um die einzelnen Filterfasern, Streckmetalllagen, porösen Medien oder Ähnliches nicht folgen und kollidiert infolge dessen mit diesen.
Zudem sind elektrostatische Filtereinheiten bekannt. Um eine elektrostatische Abscheidung von Partikeln in der Luft zu gewährleisten, müssen diese zunächst aufgeladen (ionisiert) werden, idealerweise bis zu ihrer maximalen elektrischen Sättigungsladung qs. Aus diesem Grund weisen elektrostatische Filtereinheiten eine lonisationseinheit auf. Nach dem Durchströmen der lonisationseinheit strömt die Luft in eine Abscheideeinheit, in der die aufgeladenen Partikel an Niederschlagselektroden abgeschieden werden.
In der lonisationseinheit werden heutzutage Sprühelektroden verwendet, die zwischen geerdeten ebenen luftundurchlässigen Gegenelektroden angeordnet sind. In der Praxis werden für die Sprühelektroden dünne Drähte aus Wolfram verwendet. Alternativ finden sich auch Wendel-, Stachel- oder Sägezahnelektroden in der Anwendung. Das lonisationsprinzip beruht auf der Korona-Entladung. Nach diesem Prinzip werden die in der Luft befindlichen Partikel elektrostatisch aufgeladen. Die nachgeschaltete Abscheideeinheit, bestehend in der Regel aus alternierend angeordneten Platten, an denen die aufgeladenen Partikel abgeschieden werden. Um sowohl eine Ionisation als auch eine Abscheidung der Partikel zu gewährleisten, steht die Sprühelektrode und die positiven Niederschlagselektroden unter elektrischer Hochspannung (Gleichspannung DC) im Kilovolt-Bereich. Im Filterbetrieb werden die ungeladenen Partikel in der lonisationseinheit ionisiert und abschließend in der Abscheideeinheit, die auch als Kollektor bezeichnet werden kann, zwischen den Niederschlagselektroden durch das äußere elektrische Feld zwischen den Niederschlagselektroden ausgelenkt und an diesen abgeschieden.
Eine Alternative zu den ebenen Gegenelektroden der lonisationseinheit ist aus der EP 1297894B1 bekannt. Hierbei werden statt planer, geerdeter Gegenelektroden Blechwände verwendet, die gewölbt sind und so eine Erweiterung in dem Kanal, durch den die Luft durch die lonisationseinheit strömt, bilden.
Ein Nachteil der bekannten elektrostatischen Filtereinheiten besteht darin, dass die lonisationseinheit aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht.
Im Hinblick auf die Geruchsfiltration von Kochgerüchen und sonstigen organisch, flüchtigen Verbindungen VOC’s werden in der Praxis für den Umluftbetrieb hauptsächlich Aktivkohlefilter und Zeolithfilter (in der Praxis für Dunstabzüge auch als Umluftfilter bezeichnet) in Form von Filterkassetten verwendet. Diese werden üblicherweise direkt hinter dem Fettfilter (noch vor dem Lüfter) verbaut oder im Ausblasbereich des Dunstabzuges hinter dem Lüfter. Neben diesen genannten Adsorbentien finden in der Praxisanwendung weiterhin Plasmafilter Einsatz, die als autarkes System zur Geruchsneutralisierung eingesetzt werden. Diese Systeme, meist als Zukaufteil gedacht, werden auf den Ausblasstutzen (hinter dem Lüfter) des Dunstabzugs als Aufsatz verbaut. In der Regel sind diese Plasmafilter zylinderförmig aufgebaut, um auf dem Luftauslassstutzen des Lüftergehäuses aufgebracht zu werden.
Hierdurch ist der für die vollständige Reinigung der Luft von Aerosolen und Geruchstoffen erforderliche Aufbau der Filtereinheit aufwändig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine elektrostatische Filtereinheit zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist und dennoch eine effiziente Reinigung von Luft gewährleistet. Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine elektrostatische Filtereinheit für eine Luftreinigungsvorrichtung, wobei die Filtereinheit eine lonisationseinheit und eine Abscheideeinheit umfasst. Die elektrostatische Filtereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass in der lonisationseinheit die Ionisation von Partikeln in der Luft und ein Geruchsabbau ausgeführt werden.
Die Filtereinheit wird im Folgenden auch als Filtermodul oder Filterkassette bezeichnet. Die Luftreinigungsvorrichtung, in der die Filtereinheit eingesetzt werden kann, kann eine Dunstabzugsvorrichtung beziehungsweise ein Dunstabzug oder sonstige Wrasenabsaugvorrichtung oder ein Luftreiniger für Innenräume oder für Fahrgastkabinen im Automobilbereich sein.
Die elektrostatische Filtereinheit weist eine lonisationseinheit auf, die auch als lonisationsstufe bezeichnet wird, und eine Abscheideeinheit, die auch als Abscheidestufe bezeichnet wird. Die Abscheideeinheit ist in Strömungsrichtung nach der lonisationseinheit angeordnet.
In der lonisationseinheit werden sowohl die Partikel, insbesondere Aerosole, die sich in der Luft befinden, die durch die Filtereinheit strömt ionisiert als auch Gerüche abgebaut. Vorzugsweise werden Gerüche vollständig entfernt. Der Geruchsabbau kann beispielsweise durch Entfernung von Geruchsstoffen oder durch die Neutralisation der Gerüche erfolgen. Der Geruchsabbau wird im Folgenden daher auch als Geruchsentfernung, Geruchsbeseitigung oder Geruchsneutralisation bezeichnet.
Indem erfindungsgemäß in der lonisationseinheit sowohl die Partikelionisation als auch die Geruchsbeseitigung erfolgt, wird der Aufbau der elektrostatischen Filtereinheit vereinfacht, da ein separater, dem Partikelfilter nachgeschaltete Geruchsfilter nicht zwingend erforderlich ist. Somit kann auch eine erhebliche Platzeinsparung erzielt werden und der Einbau der Filtereinheit ist vereinfacht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die lonisationseinheit eine Vorrichtung zur Erzeugung dielektrisch behinderter Barriereentladung. Die dielektrisch behinderte Barriereentladung wird auch als dielektrische Barriereentladung bezeichnet. Durch den Effekt der dielektrisch behinderten Barriereentladung kann zum einen die Ionisation der in der angesaugten Luft enthaltenen Aerosolen, insbesondere fester oder flüssiger Partikel erfolgen. Zum anderen werden olfaktorisch unangenehme Gerüche in der Luft durch diesen Effekt abgebaut beziehungsweise beseitigt, insbesondere wird eine Geruchsbeseitigung von organisch flüchtigen Verbindungen VOCs erzielt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die lonisationseinheit mindestens zwei luftdurchlässige in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Elektroden auf. Als Strömungsrichtung wird die Durchströmungsrichtung bezeichnet, in der angesaugte Luft durch die Filtereinheit strömt. Indem die Elektroden der lonisationseinheit luftdurchlässig sind und in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, kann ein Durchmischen der Luft beim Durchströmen der lonisationseinheit und damit zum einen eine zuverlässige Ionisation als auch eine zuverlässige Geruchsneutralisation gewährleistet werden. Zudem ist der Aufbau der lonisationseinheit bei der Verwendung von luftdurchlässigen Elektroden, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau mit Sprühelektroden und plattenförmigen Gegenelektroden aufgrund der verringerten Teileanzahl vereinfacht.
Die vorzugsweise für die Ionisation und Geruchsbeseitigung verwendete dielektrisch behinderte Barriereentladung setzt voraus, dass mindestens ein Isolator (Dielektrikum) zwischen den Elektroden vorhanden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt daher mindestens eine der Elektroden der lonisationseinheit eine Hochspannungselektrode und mindestens eine der Elektroden eine Gegenelektrode dar und zwischen diesen Elektroden ist zumindest ein elektrischer Isolator angeordnet. Der Isolator fungiert als Dielektrikum für die dielektrisch behinderte Barriereentladung.
Hinsichtlich der Spannungsform, die an den Elektroden der lonisationseinheit anliegt, wird für die Hochspannungselektrode der lonisationseinheit beispielsweise eine gepulste Spannung, beispielsweise mit Uscheiteiwen >= 500 V und einer Periodendauer T <= 1s eingesetzt. Bei der gepulsten Spannung kann es sich um positive oder negative Spannungsart handeln. Alternativ ist eine Wechselspannung mit beispielsweise UEffektivwen >= 500V und einer Periodendauer T >= 1s möglich. Für die Wechselspannung und die gepulste Spannung sind diverse Spannungsformen möglich. Anwendung findet hier beispielsweise eine sinusförmige, rechteckförmige, dreieckförmige oder sägezahnförmige Spannungsform. Die Gegenelektrode der lonisationseinheit ist mit dem elektrischen Gegenpotential verbunden, damit eine sich ändernde elektrische Spannungsdifferenz AU zwischen der Hochspannungselektrode und der Gegenelektrode gewährleistet werden kann. Alternativ kann die Gegenelektrode geerdet sein. Für diesen Anwendungsfall ist die Gegenelektrode elektrisch mit dem Schutzleiter PE (protective earth) verbunden.
Die kapazitive lonisationseinheit, bestehend aus mindestens zwei Elektroden (Hochspannungselektrode, Gegenelektrode) unterschiedlichen elektrischen Spannungspotentials zueinander und mindestens einem Dielektrikum zwischen diesen beiden Elektroden, führt unter Einsatz einer sich zeitlich ändernden elektrischen Spannungsdifferenz AU zwischen diesen beiden Elektroden zu einem elektrischen Verschiebestrom I, welcher wiederum eine Ionisation der Luft durch lonisationsprozesse bewirkt. Durch diesen lonisationsprozess im lonisationsbereich (Plasmabereich) werden durch Stoßionisationsprozesse reaktive Spezies gebildet, sogenannte reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und reaktive Stickstoffspezies (RNS). Diese reaktiven Spezies sind energetisch hoch reaktionsfreudige Moleküle, welche unter anderem mit unangenehmen Geruchsmolekülen und sonstigen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC’s) chemische Verbindungen eingehen, wodurch diese unangenehmen Geruchsmoleküle chemisch umgewandelt werden in andere chemische Verbindungen. Durch chemische Prozesse zwischen den Geruchsmolekülen und den reaktiven Spezies kommt es folglich zur Geruchsminderung bis zur vollständigen Geruchsbeseitigung.
Beruhend auf diesem Prozess / dieser Funktionsweise werden in der lonisationseinheit Elektroden eingesetzt, welche nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Barriereentladung eine Ionisation der Luft zwischen den Elektroden bewirken. Diese Ionisation der Luft im lonisationsbereich (Plasmabildung) führt zum Abbau/Neutralisation von olfaktorisch unangenehmen Geruchsmolekülen und sonstigen flüchtigen chemischen Verbindungen (VOC’s).
Der zur Erzeugung der dielektrisch behinderten Barriereentladung erforderliche Isolator wird vorzugsweise durch eine Isolationsbeschichtung an zumindest einer Oberfläche an mindestens einer der Elektroden der lonisationseinheit gebildet. Diese elektrische Oberflächen-Isolation, die als Dielektrikum fungiert, unterbindet zum einen elektrische Überschläge und Kurzschlüsse zwischen den Elektroden der lonisationseinheit und gewährleistet zum anderen die Funktion der lonisationseinheit als Plasmaeinheit. Idealerweise ist die Hochspannungselektrode elektrisch isolierend beschaffen, insbesondere mit einer Isolationsbeschichtung versehen. Alternativ kann die Gegenelektrode der lonisationseinheit elektrisch isolierend beschaffen sein oder alle Elektroden weisen eine elektrische Isolation an deren Oberfläche auf.
Als Beschichtungsverfahren zur elektrischen Isolation der Elektrode(n) der lonisationseinheit kommen beispielsweise funktionelle Pulver- und Keramikbeschichtungen, Wirbelsinterverfahren, Sol-Gel-Verfahren, Tauchbeschichtung, Emaillieren, Lackieren oder Gummierung der Elektrode/n in Betracht.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Elektroden der lonisationseinheit luftdurchlässige Elektroden und sind vorzugsweise jeweils durch mindestens ein Flächenelement gebildet.
Die Form der Hochspannungselektrode und der Gegenelektrode, das heißt der Flächenelemente, kann eine ebene Fläche sein. Alternativ kann das Flächenelement aber beispielsweise auch eine gewölbte, gekrümmte, gewellte oder plissierte Form aufweisen. Die Elektroden der lonisationseinheit liegen vorzugsweise parallel zueinander. Bei Elektroden, die eine von einer ebenen Fläche abweichendes Flächenelement darstellen, ist die Form der Hochspannungselektrode(n) und der Gegenelektrode(n) gleich, das heißt deren Krümmung, Krümmung der einzelnen Wellen oder Steigung der plissierten Spitzen ist gleich. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass der Abstand zwischen den Elektroden über die Fläche der Elektroden gleich ist. In dem Abstand zwischen der Hochspannungselektrode und der Gegenelektrode wird nämlich beim Betrieb der Filtereinheit Plasma erzeugt.
Die Ausgestaltung der Elektroden als gekrümmte, plissierte oder gewellte Flächenelemente führt zu einer Oberflächenvergrößerung, die wiederum einerseits der Druckverlustreduzierung Dr [Pa] beim Durchströmen des Elektrodenmediums als auch zur Steigerung der Effizienz hinsichtlich der Partikelionisation und Geruchsreduktion dient. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand zwischen benachbarten Elektroden der lonisationseinheit größer oder gleich 0mm. Vorzugsweise liegt der Abstand d zwischen den beiden Elektroden in einem Bereich von 0 < d < 6 mm. Hierdurch wird zwischen den benachbarten Elektroden und der zwischen diesen bestehenden Spannungsdifferenz eine Plasmawand aufgebaut.
Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens eine Hochspannungselektrode und/oder mindestens eine Gegenelektrode mehrlagig aufgebaut. Bei dieser Ausführungsform besteht die jeweilige Elektrode aus mehreren luftdurchlässigen Lagen (n>= 1).
Gemäß einer Ausführungsform bestehen die mindestens eine Hochspannungselektrode und die mindestens eine Gegenelektrode aus luftdurchlässigem Material. Bei dieser Ausführungsform werden die Elektroden auch als poröse Elektroden bezeichnet. Die Elektroden können alle aus dem gleichen luftdurchlässigen Material bestehen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass verschiedene Elektroden aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Der Vorteil der Verwendung von luftdurchlässigem Material für die Elektroden der lonisationseinheit besteht darin, dass die Herstellung der lonisationseinheit erleichtert ist, da die geforderte Luftdurchlässigkeit durch das Material selber gegeben ist.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform bestehen die Elektroden der lonisationseinheit aus einem luftundurchlässigen Material mit mindestens einer Luftdurchlassöffnung. Es ist auch möglich, dass nur einige der Elektroden, beispielsweise nur die Hochspannungselektroden oder nur die Gegenelektroden aus einem solchen Material bestehen und die jeweils anderen Elektroden aus luftdurchlässigem Material bestehen.
Unabhängig davon ob die Elektroden der lonisationseinheit aus einem luftdurchlässigen Material oder aus luftundurchlässigem Material mit Luftdurchlassöffnungen besteht, ist das Material der Elektroden so gewählt, dass dieses elektrisch leitend oder antistatisch ist.
Die Elektroden der lonisationseinheit können beispielsweise perforierte Bleche, z.B. Lochbleche, Schweißgitter, gewebte Drahtgitter, Streckmetalle, Sinterwerkstoffe und Schaumstoffe sein. Gemäß einer Ausführungsform sind mindestens eine Hochspannungselektrode und eine Gegenelektrode der lonisationseinheit so zueinander angeordnet, dass deren Struktur in der Ebene der jeweiligen Elektrode um eine Achse gedreht, liegen. Dies bedeutet, dass die einzelnen Elektroden in der Ebene der jeweiligen Elektrode um eine Rotationsachse, die senkrecht zu der Ebene der Elektrode steht um einen Winkel 0 bis 360° im eingebauten Zustand versetzt sind.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Elektroden der lonisationseinheit mit einer Hochspannung beaufschlagt, die sich über die Zeit ändert. Die Hochspannung kann beispielsweise Wechselspannung oder eine gepulste Spannung sein. Gemäß einer Ausführungsform weist die lonisationseinheit daher einen Hochspannungsübertrager auf, durch den eine sich zeitlich ändernde Hochspannung für die Elektroden der lonisationseinheit, insbesondere die Hochspannungselektrode der lonisationseinheit, erzeugt werden kann. Der Hochspannungsübertrager dient dabei zur Generierung beziehungsweise der Erzeugung der notwendigen elektrischen Hochspannung. Der Hochspannungsübertrager kann auch als Hochspannungserzeuger oder Hochspannungsnetzteil bezeichnet werden. Dieser Hochspannungsübertrager versorgt auf der Sekundärseite über die Anschlussleitungen die Elektroden der lonisationseinheit, insbesondere die mindestens eine Hochspannungselektrode und mindestens einer Gegenelektrode mit elektrischer Hochspannung beziehungsweise mit elektrischer Energie. Auf der Primärseite erfolgt die elektrische Spannungsversorgung des Hochspannungsübertragers über einen Anschluss beziehungsweise eine Anschlussleitungen für geringere Spannung. Bei dieser geringeren Spannung auf der Primärseite des Hochspannungsübertragers kann es sich um eine Gleichspannung von <= 1500 V DC oder eine Wechselspannung von <= 1000 V AC handeln.
Die Abscheideeinheit der elektrostatischen Filtereinheit kann ein sogenannter Plattenabscheider sein, bei dem die Niederschlagselektroden parallel zur Strömungsrichtung liegen. Gemäß einer Ausführungsform besteht die Abscheideeinheit aber aus mindestens zwei luftdurchlässigen Niederschlagselektroden, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Durch die in Strömungsrichtung nach der lonisationseinheit angeordnete Abscheideeinheit strömen die durch lonisationseinheit elektrisch geladenen Partikel hindurch. In der Abscheideeinheit wird durch mindestens zwei Niederschlagselektroden, die teilweise unter elektrischer Hochspannung stehen ein elektrisches Feld zueinander aufgebaut. Die aus der lonisationseinheit austretende Luft mit den elektrisch geladenen Partikeln strömt in die Abscheideeinheit. Aufgrund des dort zwischen den Niederschlagselektroden aufgebauten elektrischen Feldes werden die Partikel an den Niederschlagselektroden abgeschieden und damit aus der Luft ausgefiltert. Indem die Niederschlagselektroden gemäß einer Ausführungsform der Abscheideeinheit luftdurchlässige Niederschlagselektroden sind, die vorzugsweise zu der Strömungsrichtung geneigt und hintereinander angeordnet sind, werden die Niederschlagselektroden von der Luft durchströmt und zusätzlich zu der Abscheidung der Partikel durch das elektrische Feld kann auch eine mechanische Abscheidung der Partikel an den Niederschlagselektroden erfolgen. Somit wird die Effizienz der Filtereinheit weiter gesteigert. Zudem ist bei der Verwendung von luftdurchlässigen, in Strömungsrichtung nacheinander angeordneten Niederschlagselektroden der benötigte Platzbedarf der Abscheideeinheit und damit die Größe der Filtereinheit im Vergleich zu einem Plattenabscheider verringert. Da vorzugsweise auch die lonisationseinheit lediglich aus luftdurchlässigen Elektroden besteht, die in Strömungsrichtung hintereinander liegen, kann die Tiefe der Filtereinheit, das heißt deren Abmessung in Strömungsrichtung, minimiert und deren Aufbau besonders einfach sein. Insbesondere kann die Filtereinheit hinsichtlich der Elektroden nämlich lediglich aus luftdurchlässigen, insbesondere flächigen Elektroden sowohl für die lonisationseinheit als auch für die Abscheideeinheit bestehen.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform kann zusätzlich zu der lonisationseinheit und der Abscheideeinheit ein Zusatzgeruchsfilter in der Filtereinheit vorgesehen sein. Dieser weist vorzugsweise einen Aufbau entsprechend der lonisationseinheit auf. Insbesondere weist der Zusatzgeruchsfilter luftdurchlässige, flächige Elektroden auf, die in Strömungsrichtung hintereinander liegen und zwischen denen ein Isolator vorgesehen ist. Auch bei dieser Ausführungsform weist die Filtereinheit in Strömungsrichtung eine geringe Abmessung auf, die Reinigung der Luft von sämtlichen Verunreinigungen kann aber sichergestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Luftreinigungsvorrichtung, die mindestens eine erfindungsgemäße Filtereinheit aufweist. Vorteile und Merkmale, die bezüglich der Filtereinheit beschrieben werden, gelten - soweit anwendbar - entsprechend für die Luftreinigungsvorrichtung und umgekehrt.
Die Luftreinigungsvorrichtung kann beispielsweise ein Luftreiniger zum Filtern von Raumluft, eine Vorrichtung zum Filtern von in einer Fahrgast-Kabine im Automobilbereich angesaugter Luft oder einen Dunstabzug für Küchen sein. Die Luftreinigungsvorrichtung kann mehrere erfindungsgemäße Filtereinheiten gemäß der Erfindung aufweisen. Die mindestens eine Filtereinheit ist vorzugsweise an der Ansaugseite der Luftreinigungsvorrichtung angeordnet. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung zusätzlich oder alternativ mindestens eine Filtereinheit an der Luftauslassseite der Luftreinigungsvorrichtung vorzusehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Luftreinigungsvorrichtung eine Dunstabzugshaube dar und die mindestens eine Filtereinheit ist vor dem Gebläse der Dunstabzugsvorrichtung angeordnet.
Bezogen auf den Dunstabzug ist die erfindungsgemäße Filtereinheit, die auch als ionisierende Filtereinheit /Filterkassette bezeichnet werden kann, vorzugsweise im Lufteinsaugbereich des Dunstabzuges angeordnet, um die dahinterliegenden Komponenten desgleichen nicht mit Kochwrasen/Aerosolen/Schmutz zu kontaminieren. Jedoch kann eine solche ionisierende Filtereinheit optional auch im Luftausblasbereich im Dunstanzug angeordnet werden oder entlang der Luftströmungsführung zwischen dem Einlass- und Auslassbereich des Dunstabzugs. Die geometrischen Abmessungen (Länge, Breite und Höhe) eines solchen ionisierenden Filtermoduls variieren in Abhängigkeit des Einbauortes beziehungsweise der Art und Geometrie des Dunstabzugs.
Die Erfindung wird im Folgenden erneut unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben. Es zeigen:
Figuren 1a und 1b: schematische rückwärtige Perspektivansichten zweier
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Filtereinheit;
Figur 2: eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen lonisationseinheit; Figur 3: eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen lonisationseinheit;
Figur 4: eine schematische Blockdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen lonisationseinheit;
Figur 5: eine schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen lonisationseinheit;
Figuren 6a, 6b und 6c: schematische Darstellungen einer Ausführungsform der Elektrodengeometrie der lonisationseinheit;
Figuren 7a und 7b: schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Elektrodengeometrie der lonisationseinheit;
Figuren 8a, 8b und 8c: schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Elektrodengeometrie der lonisationseinheit;
Figuren 9a und 9b: schematische Darstellungen unterschiedlicher Geometrien der Elektroden de lonisationseinheit;
Figuren 10a und 10b: schematische Darstellung möglicher Spannungsverläufe der Spannung für die lonisationseinheit der erfindungsgemäßen Filtereinheit; und .
Figuren 11a und 11b: schematische Darstellung möglicher Spannungsverläufe der Spannung für die Abscheideeinheit der erfindungsgemäßen Filtereinheit; und
Figur 12: eine schematische Blockdarstellung einer Ausführungsform eines Hochspannungsübertragers. In Figur 1a ist eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtereinheit 1 gezeigt. Die Ansicht stellt eine perspektivische Rückansicht, das heißt perspektivisch entgegen der Strömungsrichtung dar. Die Filtereinheit 1 stellt eine elektrisch ionisierende Filtereinheit 1 dar und wird auch als Filtermoduls/Filterkassette bezeichnet. Die Filtereinheit 1 besteht aus einer lonisationseinheit 2 und einer Abscheideeinheit 3. Die lonisationseinheit 2 dient zur Partikelaufladung und zum Geruchsabbau und die Abscheideeinheit 3 zur Partikelabscheidung. In der lonisationseinheit 2 wird die elektrische Partikelaufladung jedes einzelnen Partikels vorzugweise bis zu seiner maximalen elektrischen Sättigungsladung qs erzielt. Die lonisationseinheit 2 und die Abscheideeinheit 3 sind räumlich hintereinander in Luftströmungsrichtung, die in den Figuren durch einen Blockpfeil gezeigt ist, angeordnet. Die Abscheideeinheit 3 liegt in Strömungsrichtung nach der lonisationseinheit 2.
In der Ausführungsform nach Figur 1a ist die Abscheideeinheit 3 als Plattenabscheider ausgebildet, bei dem Niederschlagselektroden 30, 31 alternierend angeordnet sind und sich in Strömungsrichtung erstrecken. Die Niederschlagselektroden 30, 31 werden bei dieser Ausführungsform durch parallel zueinander angeordnete luftundurchlässige Platten gebildet. Der Plattenabscheider setzt sich aus mindestens einer spannungsführenden, plattenförmigen Niederschlagselektrodenplatte 30 und mindestens einer geerdeten, plattenförmigen Niederschlagselektrodenplatte 31 zusammen, welche jeweils alternierend angeordnet sind. Zwischen den alternierend angeordneten Platten 30, 31 bildet sich im Filterbetrieb eine elektrische Feldstärke E (=Spannung / Plattenabstand) aus, welche wiederum auf das jeweils geladene Partikel eine äußere Kraft ausübt. Dadurch wird das geladene Partikel in Richtung der Niederschlagselektroden 30, 31 umgelenkt und an diesen abgeschieden. Die Partikel sammeln sich an der Oberfläche der Platten 30, 31 an.
In der Figur 1b ist eine Alternative der Abscheideeinheit 3 zu dem Plattenabscheider gezeigt. In dieser Ausführungsform wird die Abscheideeinheit 3 mit luftdurchlässigem Abscheidemedium in Form von luftdurchlässigen Elektroden gebildet, die zu der Strömungsrichtung geneigt und insbesondere senkrecht ausgerichtet sind. Bei dieser Ausführungsform werden die Niederschlagselektroden 30, 31 der Abscheideeinheit 3 von der Luft, die durch die Filtereinheit 1 strömt durchströmt. Im Fall des in Figur 1b gezeigten luftdurchlässigen Abscheidemediums erfolgt die Partikelabscheidung an den ebenfalls alternierend angeordneten spannungsführenden, luftdurchlässigen Niederschlagselektroden 30 und den geerdeten, luftdurchlässigen Niederschlagelektroden 31. Bei den dargestellten luftdurchlässigen Niederschlagselektroden 30, 31 kann es sich grundsätzlich um jedes Material / Medium handeln, welches luftdurchlässig ist. Als Beispiel kommen hier Schweißgitter, Drahtgewebe, Faserwerkstoffe, Lochbleche, Streckmetalle, Sinterkunststoffe und Schaumstoffe oder ähnliche luftdurchlässige Medien in Betracht. Werden poröse Kunststoffmedien verwendet, so müssen diese elektrisch leitend in Hinblick auf Ihre spezifischen Eigenschaften beschaffen sein, damit sich das elektrische Feld zwischen den einzelnen Lagen aufbauen kann.
Hinsichtlich der Spannungsart kann für die spannungsführende Niederschlagselektrodenplatte 30 beziehungsweise spannungsführende, luftdurchlässigen Niederschlagselektrode 30 eine positive oder negative Spannung verwendet werden. Hinsichtlich der Spannungsform kann sowohl Gleichspannung mit U >= 1 kV DC (siehe Figur 11a) oder alternativ gepulste Spannung mit Uscheiteiwen >= 1 kV (siehe Figur 11b) und einer Periodendauer T <= 1s eingesetzt werden. Bei der gepulsten Spannung kann es sich sowohl um eine sinusförmige, rechteckförmige, dreieckförmige oder sägezahnförmige Spannung handeln. Die geerdete Niederschlagselektrodenplatte 31 beziehungsweise die geerdete, luftdurchlässige Niederschlagselektrode 31 sind elektrisch mit dem Gegenpotential verbunden, dem Schutzleiteranschluss PE (protective earth).
Eine Ausführungsform der Elektrodenanordnung der lonisationseinheit 2 ist in Figur 2 gezeigt. In dieser Ausführungsform besteht die lonisationseinheit 2 aus einer Hochspannungselektrode 20 und einer Gegenelektrode 21. Zwischen diesen Elektroden 20, 21 ist ein Dielektrikum (nicht sichtbar) vorgesehen, das beispielsweise durch die Beschichtung einer der Elektroden 20, 21 zumindest an der der anderen Elektrode zugewandten Fläche gebildet sein kann. Das Dielektrikum weist aufgrund des Vorsehens als Isolationsbeschichtung oder Ummantelung der luftdurchlässigen Elektrode(n) eine luftdurchlässige Form auf. Die Elektrode 20, 21 stellen jeweils ein Flächenelement dar. In der gezeigten Ausführungsform sind die Flächenelemente eben ausgestaltet. Die Elektroden 20, 21 liegen parallel zueinander in einem Abstand. Obwohl in der Figur 2 nicht gezeigt, weist die lonisationseinheit 2 zusätzlich zu den Elektroden 20, 21 Anschlüsse zur Beaufschlagung mindestens einer der Elektroden 20, 21 mit elektrischer Spannung sowie vorzugsweise einen Rahmen, der die Elektroden 20, 21 an deren Rändern hält, auf.
Durch die erfindungsgemäß verwendete Art der lonisationseinheit 2 wird außer der Ionisation der Partikel auch ein Geruchsabbau von Kochgerüchen und sonstigen VOC’s aus dem Luftstrom erzielt.
Wie sich aus der Figur 3 ergibt, besteht die lonisationseinheit 2 aus mindestens einer luftdurchlässigen Hochspannungselektrode 20 in einer Anzahl von n>=1 (in der Figur 3 ist n=2) und mindestens einer luftdurchlässigen Gegenelektrode 21 in einer Anzahl von n>=1 (in der Figur 3 ist n=2). Die Hochspannungselektroden 20 und Gegenelektroden 21 sind jeweils ebene Flächenelemente und alternierend angeordnet. Bei den dargestellten luftdurchlässigen Elektroden 20, 21 nach Figur 2 und 3 kann es sich grundsätzlich um jedes Material / Medium handeln, welches luftdurchlässig und elektrisch leitend oder antistatisch ist. Als Beispiel kommen hier perforierte Bleche, z.B. Lochbleche, Schweißgitter, gewebte Drahtgitter, Streckmetalle, Sinterwerkstoffe und Schaumstoffe in Betracht.
Zum besseren Verständnis sind in Figuren 6 bis 8 solche Geometrien der Elektroden der lonisationseinheit 2 teils dargestellt. In Figur 6a ist die luftdurchlässige Gegenelektrode 21 durch ein gewebtes Drahtgitter gebildet, das in Figur 6b gezeigt ist. Die luftdurchlässige Hochspannungselektrode 20 ist in der Ausführungsform nach Figur 6a durch ein Schweißgitter gebildet, das in Figur 6c gezeigt ist. Das Schweißgitter ist elektrisch isoliert. In Figur 7a sind die luftdurchlässige Gegenelektrode 21 und die luftdurchlässige Hochspannungselektrode 20 jeweils durch ein Lochblech gebildet, das in Figur 7b gezeigt ist. Das Lochblech, das die luftdurchlässige Hochspannungselektrode 20 bildet, ist vorzugsweise elektrisch isoliert. In Figur 8a sind die luftdurchlässige Gegenelektrode 21 und die luftdurchlässige Hochspannungselektrode 20 jeweils durch ein Streckmetall gebildet. Das Streckmetall, das die luftdurchlässige Gegenelektrode 21 bildet ist in Figur 8b gezeigt und das Streckmetall, das die luftdurchlässige Hochspannungselektrode 20 bildet, ist in Figur 8c gezeigt und ist elektrisch isoliert. Werden Kunststoffmedien als luftdurchlässiges Material für die Elektroden 20, 21 der lonisationseinheit 2 verwendet, so muss zumindest eine elektrisch leitend oder antistatisch mit einem Oberflächenwiderstand R<= 1011 Ohm in Hinblick auf ihre spezifischen Eigenschaften beschaffen sein, damit sich ein elektrisches Feld beim Anlegen einer elektrischen Spannungsdifferenz AU zwischen den Elektroden 20, 21 aufbauen kann und eine Ionisation stattfindet.
In den Figuren 9a und 9b sind weitere Ausführungsformen der Geometrie der Elektroden der lonisationseinheit 2 gezeigt. In Figur 9a ist jede der Elektroden 20, 21 plissiert. In der Figur 9b ist jede der Elektroden 20, 21 gewellt ausgestaltet. Obwohl in der Figur 12b der Abstand zwischen den Elektroden 20, 21 variiert, ist bevorzugt, dass der Abstand über die Fläche der Elektroden gleich ist.
In Figur 4 ist der Aufbau der lonisationseinheit schematisch in einer Blockdarstellung gezeigt. Der Abstand / die Distanz d zwischen der luftdurchlässigen Gegenelektrode 21 und der luftdurchlässigen Hochspannungselektrode 20 entspricht >=0mm. Vorzugsweise liegt der Abstand d zwischen 0 und 6 mm. Der Abstand ist abhängig vom Betrag der an die spannungsführende Elektrode 20 angelegten elektrischen Spannung. In dem lonisationsbereich 23 zwischen der luftdurchlässigen Gegenelektrode 21 und der luftdurchlässigen Hochspannungselektrode 20 wird das Plasma gebildet. Die luftdurchlässigen Hochspannungselektrode 20 ist mit einer Isolationsbeschichtung 22 versehen, die das Dielektrikum bildet und auch als Ummantelung bezeichnet werden kann.
Wie in Figuren 2 und 3 gezeigt ist, sind die Elektroden 20 und 21 alternierend zueinander angeordnet. Bei der in Strömungsrichtung ersten und letzten Elektrode kann es sich sowohl um eine luftdurchlässige Gegenelektrode 21 als auch um eine luftdurchlässige Hochspannungselektrode 20 handeln.
Weiterhin kann die in Figuren 2 und 3 gezeigte einzelne luftdurchlässige Gegenelektrode 21 ihrerseits aus mehreren luftdurchlässigen Lagen (n>= 1) aufgebaut sein. Dasselbe gilt auch für die luftdurchlässige Hochspannungselektrode 20. Zudem kann die Anzahl der luftdurchlässigen Elektroden 21 zwischen zwei luftdurchlässigen Hochspannungselektroden 20 größer gleich 1 sein. Dasselbe gilt auch im umgekehrten Fall, in dem die Anzahl der luftdurchlässigen Hochspannungselektroden 20 zwischen zwei luftdurchlässigen Gegenelektroden 21 größer gleich 1 ist.
Hinsichtlich der Spannungsform wird für die luftdurchlässige Hochspannungselektrode 20 der lonisationseinheit eine gepulste Spannung mit Uscheiteiwen >= 500 V (siehe Figur 10a) und einer Periodendauer T <= 1s eingesetzt. Bei der gepulsten Spannung kann es sich um positive oder negative Spannungsart handeln. Alternativ ist eine Wechselspannung mit U Effektivwert >= 500V (siehe Figur 10b) und einer Periodendauer T >= 1s möglich. Für die Wechselspannung und die gepulste Spannung sind diverse Spannungsformen möglich. Anwendung findet hier beispielsweise eine sinusförmige, rechteckförmige, dreieckförmige oder sägezahnförmige Spannungsform. Die luftdurchlässige Gegenelektrode ist mit dem elektrischen Gegenpotential verbunden, damit eine sich ändernde elektrische Spannungsdifferenz AU zwischen der Hochspannungselektrode 20 und der Gegenelektrode 21 gewährleistet werden kann.
Alternativ kann die luftdurchlässige Gegenelektrode 21 geerdet sein. Für diesen Anwendungsfall ist die luftdurchlässige Gegenelektrode 21 elektrisch mit dem Schutzleiter PE (protective earth) verbunden.
Die lonisationseinheit kann einen Hochspannungsübertrager 4 aufweisen, der in der Figur 12 schematisch als Blockdiagramm gezeigt ist. Dieser Hochspannungsübertrager 4 versorgt auf der Sekundärseite 44 über die Anschlussleitungen 40, 41 die Hochspannungselektrode 20 und Gegenelektrode 21 mit elektrischer Hochspannung beziehungsweise mit elektrischer Energie. Mögliche Spannungsverläufe an der Sekundärseite 44 des Hochspannungsübertragers 4 sind in den Figuren 10a und 10b gezeigt. Auf der Primärseite 43 erfolgt die elektrische Spannungsversorgung des Hochspannungsübertragers 4 über den Anschluss/Anschlussleitungen 42 beispielsweise mit Gleichstrom oder Wechselstrom.
Bezüglich der Anordnung / Ausrichtung der einzelnen luftleitenden Elektroden 20, 21 zueinander sollten diese vorzugsweise, wie in den Figuren 6 bis 8 gezeigt, versetzt zueinander angeordnet sein, um eine optimale Ionisation der durchströmenden, mit Geruchsmolekülen beladenen Luft zu gewährleisten, welche wiederum zur optimalen Neutralisation der Geruchsstoffe / Geruchsmoleküle führt.
Weiterhin können die einzelnen Elektroden um eine Rotationsachse in der Ebene von 0 bis 360° zueinander im eingebauten Zustand versetzt sein. Dies ist beispielhaft in Figur 5 gezeigt, in der die Elektroden 20, 21 zueinander in einem Versatz zueinander um 45° gedreht liegen.
Die Luft-Durchströmungsrichtung durch die Elektrodenanordnung aus flächigen Hochspannungselektrode(n) 20 und Gegenelektrode(n) 21 kann senkrecht zur Elektrodenfläche stehen (siehe Figur 1 und 2). Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass die Strömungsrichtung in jedem beliebigen Winkel 0°<= cp <= 90° zu der Elektrodenoberfläche stehen kann, das heißt die Elektrodenanordnung nicht senkrecht angeströmt wird. Dies hängt von den Einbauverhältnissen ab.
Gemäß dem Konzept der dielektrisch behinderten Barriereentladung (DBE), das bei der Erfindung vorzugsweise verwendet wird, kommt es zu einem elektrischen Verschiebestrom I zwischen zwei Elektroden mit mindestens einem Dielektrikum, wenn zwischen diesen zwei Elektroden bei Umgebungsbedingungen eine zeitlich sich ändernde elektrische Spannung U angelegt wird, die sogenannte Zündspannung Uzundspannung. Der Betrag der Zündspannung hängt von vielen Faktoren ab, wie der Elektrodengeometrie, dem Isolationsmaterial (Dielektrika), der Spaltbreite d, der Spannungsform, der Gaszusammensetzung, etc. Dieser elektrische Verschiebestrom I bewirkt zwischen den beiden Elektroden eine Ionisation der Luft. Durch diesen lonisationsprozess im lonisationsbereich (Plasmabereich) werden durch Stoßionisationsprozesse reaktive Spezies gebildet, sogenannte reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und reaktive Stickstoffspezies (RNS). Diese reaktiven Spezies sind energetisch hoch reaktionsfreudige Moleküle, welche unter anderem mit unangenehmen Geruchsmolekülen und sonstigen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC’s) chemische Verbindungen eingehen, wodurch diese unangenehmen Geruchsmoleküle chemisch umgewandelt werden in andere chemische Verbindungen. Durch chemische Prozesse zwischen den Geruchsmolekülen und den reaktiven Spezies kommt es folglich zur Geruchsminderung bis zur vollständigen Geruchsbeseitigung. Beruhend auf diesem Prozess / dieser Funktionsweise werden bei der erfindungsgemäßen Filtereinheit in der lonisationseinheit luftdurchlässige Elektroden eingesetzt, welche nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Barriereentladung eine Ionisation der Luft zwischen den Elektroden bewirken. Diese Ionisation der Luft im lonisationsbereich (Plasmabildung) führt zum Abbau/Neutralisation von olfaktorisch unangenehmen Geruchsmolekülen und sonstigen flüchtigen chemischen Verbindungen (VOC’s).
Die vorliegende Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf.
Die ionisierende Filtereinheit benötigt aufgrund ihres Konzeptes mit den luftdurchlässigen Elektroden in der lonisationseinheit im Vergleich zur klassischen lonisationsmethode mittels einer Sprühelektrode nur einen Bruchteil des Bauraums. Insbesondere benötigen die Elektroden, die als luftdurchlässige Flächenelemente ausgebildet sind, deutlich weniger Platz aufgrund ihrer geometrischen Form als die in der klassischen lonisationsmethode verwendeten in Luftströmungsrichtung extrudierten geerdeten Gegenelektroden.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist die Tatsache, dass weniger Einzelteile verwendet werden. Die in der Praxis verwendeten Korona-Ionisatoren bestehen für gewöhnlich neben den Sprühelektroden und den Gegenelektroden aus einer Vielzahl an Einzelteilen, wie beispielsweise Isolatoren zur Isolierung der unter Spannung stehenden Einzelteile, Abstandhaltern zur Fixierung der geerdeten Gegenelektroden und weiterer Elemente zur Drahtaufhängung und elektrische Sammelschienen zur Spannungsversorgung der verbauten Sprühelektroden. Im Gegensatz dazu besteht dieser Erfindung aus deutlich weniger Einzelteilen. Insbesondere besteht die erfindungsgemäße lonisationseinheit vorzugsweise aus den einzelnen Elektroden und sofern notwendig Abstandhaltern, um Elektroden auf einem definierten Abstand d > 0mm zu halten. Dadurch entsteht ein Kostenvorteil hinsichtlich Material- und Fertigungskosten.
Bei der klassischen lonisationsmethode mittels Korona-Entladung darf zudem keine elektrische Isolation sowohl der Sprühelektrode als auch der Gegenelektrode stattfinden, da sonst die Funktion der Ionisation außer Kraft gesetzt wird. Resultierend daraus kann es unter ungünstigen Umständen wie übermäßig viel Wasser-, Feuchtigkeits- oder Schmutzeinwirkung zu elektrischen Überschlägen und Kurzschlüssen zwischen der Sprühelektrode und der geerdeten Elektrode führen. Bei der erfindungsgemäßen lonisationseinheit hingegen weist vorzugsweise mindestens eine Elektrode eine Isolation (Dielektrikum) auf, idealerweise ist die unter elektrischer Spannung stehende Hochspannungselektrode dabei vollständig elektrisch isoliert. Dadurch wird die Gefahr von Überschlägen und Kurzschlüssen unterbunden.
Ein weiterer Nachteil der klassischen lonisationsmethode ist die Gefahr von Durchbrüchen (Bruch der Sprühelektrode). In der Praxis werden überwiegend dünne Drähte mit d < 0,4mm Durchmesser eingesetzt. Bei unsachgemäßem Gebrauch oder bei intensiven Reinigungsprozessen mit chemisch aggressiven Medien besteht die Gefahr eines Drahtdurchbruchs, speziell an den Draht-Aufhängungspunkten. Dieses Problem wird mit der vorliegenden Erfindung unterbunden. Die erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten Elektroden, die Flächenelemente darstellen, sind im Gegensatz zu Sprühelektroden formstabil.
Zudem kann mit der vorliegenden Erfindung eine homogene Partikelionisation erzielt werden. Bei der klassischen lonisationsmethode ist die Partikelionisation nicht homogen, in der Nähe der Sprühelektrode erfolgt eine effizientere Partikelaufladung als in der Nähe der geerdeten Gegenelektrode. Dieser Nachteil wird mittels dieser Erfindung unterbunden. Die Partikelionisation kann homogen im lonisationsbereich über der gesamten Elektrodenfläche der Elektroden der lonisationseinheit stattfinden.
Ein weiterer Vorteil ist die geruchsneutralisierende Wirkung von olfaktorisch unangenehmen Gerüchen und sonstigen VOCs. Dies ist mit der klassischen Korona- Entladung nicht möglich. Der klassische elektrostatische Filter, der nach dem Penny- Prinzip funktioniert hat keine geruchsneutralisierende Wirkung. Die erfindungsgemäße lonisationseinheit ermöglicht es hingegen in einem elektrostatischen Filter eine geruchsneutrale Zusatzfunktion zu implementieren. Zusatzkomponenten zur reinen Geruchsbeseitigung mittels Aktivkohlefiltern oder sonstigen Plasmafiltern werden dadurch überflüssig.
Die erfindungsgemäß verwendete lonisationseinheit besteht vorzugsweise aus hintereinander angeordneten porösen beziehungsweise luftdurchlässigen Elektroden und weist zudem eine hohe Effizienz hinsichtlich der Geruchsminderung auf. Dies ist dem geschuldet, dass sich mittels der porösen Elektroden eine Plasmawand im Betrieb aufbaut, durch die die mit Geruchsmolekülen beladene Luft hindurchströmt. Beim Hindurchströmen der in der Luft befindlichen Geruchsmoleküle durch diesen lonisationsbereich „Plasmawand“ kommt es zu einer vollständigen chemischen Reaktion dieser genannten Geruchsmoleküle mit den reaktiven Spezies. Anders ausgedrückt findet eine vollständige Durchmischung von Geruchsmolekülen und sonstigen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und reaktiven Stichstoffspezies (RNS) statt. Die luftdurchlässigen Elektroden der Plasmaeinheit führen aufgrund ihrer geometrischen Eigenschaften zu einer besseren Durchmischung der durchströmten Luft.
Wegen der effizienten Durchmischung der Luft und dem daraus resultierenden effizienteren Abbau von Geruchsmolekülen und sonstigen VOC’s ist im Gegensatz zu den bekannten Plasmasystemen, die dem Gebläse der Luftreinigungsvorrichtung nachgeschaltet sind, bei gleicher Filtereffizienz weniger zugeführte elektrische Leistung (Energieeintrag) notwendig.
Die erfindungsgemäße ionisierende Filtereinheit kann sowohl im Geschirrspüler als auch von Hand unter Einsatz von Reinigungssubstanzen und Wasser gereinigt werden.
Dadurch ist die Standzeit einer solchen ionisierenden Filtereinheit unbegrenzt verfügbar. Sowohl die lonisationseinheit als auch die Abscheideeinheit können unter Wasser von Schmutz und Verunreinigungen ausgewaschen werden. Aktuell bekannte Plasmafilter, die zu einem elektrostatischen Filter separate Filtereinheiten darstellen, sind für Reinigungszwecke nicht geeignet oder laut Hersteller nicht gedacht. Dies gilt insbesondere für Reinigungszwecke im privaten Hausgebrauch.
Bezugszeichenliste
1 Filtereinheit
2 lonisationseinheit 20 Hochspannungselektrode
21 Gegenelektrode
22 elektrische Isolierung
23 lonisationsbereich
3 Abscheideeinheit 30 spannungsführende Niederschlagselektrode(nplatte)
31 geerdete Niederschlagselektrode(nplatte)
4 Hochspannungsübertrager
40 Anschlussleitung der Hochspannungselektrode
41 Anschlussleitung der Gegenelektrode 42 Anschluss geringerer Spannung
43 Primärseite
44 Sekundärseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrostatische Filtereinheit für eine Luftreinigungsvorrichtung, wobei die Filtereinheit (1) eine lonisationseinheit (2) und eine Abscheideeinheit (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in der lonisationseinheit (2) die Ionisation von Partikeln in der Luft und ein Geruchsabbau ausgeführt werden.
2. Elektrostatische Filtereinheit nach Anspruch 1, wobei die lonisationseinheit (2) eine Vorrichtung zur Erzeugung dielektrisch behinderter Barriereentladung umfasst, die mindestens zwei Elektroden (20, 21) aufweist.
3. Elektrostatische Filtereinheit nach Anspruch 2, wobei mindestens eine der Elektroden (20, 21) der lonisationseinheit (2) eine Hochspannungselektrode (20) und mindestens eine der Elektroden (20, 21) eine Gegenelektrode (21) darstellt und zwischen diesen Elektroden (20, 21) zumindest ein elektrischer Isolator (22) angeordnet ist.
4. Elektrostatische Filtereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Isolator (22) eine Isolationsbeschichtung an mindestens einem Teil der Hochspannungselektrode (20) und/oder an mindestens einem Teil der Gegenelektrode (21) ist.
5. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Elektroden (20, 21) luftdurchlässige Elektroden sind und jeweils durch mindestens ein Flächenelement gebildet sind und die Elektroden (20, 21) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
6. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen benachbarten Elektroden (20, 21) größer oder gleich 0mm ist.
7. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei mindestens eine Hochspannungselektrode (20) und/oder mindestens eine Gegenelektrode (21) mehrlagig aufgebaut ist.
8. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Elektroden (20, 21) aus luftdurchlässigem Material bestehen oder aus einem luftundurchlässigen Material mit mindestens einer Luftdurchlassöffnung bestehen.
9. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Elektroden (20, 21) aus Lochblech, Schweißgitter, gewebte Drahtgitter, Streckmetalle, Sinterwerkstoff und/oder Schaumstoff besteht.
10. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei mindestens eine Hochspannungselektrode (20) und eine Gegenelektrode (21) so zueinander angeordnet sind, dass deren Struktur in der Ebene der jeweiligen Elektrode (20, 21) um eine Achse gedreht, liegen.
11. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die lonisationseinheit einen Hochspannungsübertrager aufweist, durch den eine sich zeitlich ändernde Hochspannung für die Hochspannungselektrode der lonisationseinheit erzeugt werden kann.
12. Elektrostatische Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinheit (3) aus mindestens zwei luftdurchlässigen Niederschlagselektroden (30, 31) besteht, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
13. Luftreinigungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das dieser zumindest eine Filtereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
14. Luftreinigungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftreinigungsvorrichtung eine Dunstabzugsvorrichtung ist und die Filtereinheit (1) an der vor dem Gebläse der Dunstabzugsvorrichtung angeordnet ist.
PCT/EP2020/080876 2019-11-19 2020-11-04 Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung WO2021099110A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20803458.7A EP4061535A1 (de) 2019-11-19 2020-11-04 Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung
CN202080079936.1A CN114641347A (zh) 2019-11-19 2020-11-04 用于空气净化装置的静电的过滤单元以及空气净化装置
US17/762,763 US20220339641A1 (en) 2019-11-19 2020-11-04 Electrostatic filter unit for an air cleaning device and air cleaning device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019217832.4A DE102019217832A1 (de) 2019-11-19 2019-11-19 Elektrostatische Filtereinheit für Luftreinigungsvorrichtung und Luftreinigungsvorrichtung
DE102019217832.4 2019-11-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021099110A1 true WO2021099110A1 (de) 2021-05-27

Family

ID=73172652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/080876 WO2021099110A1 (de) 2019-11-19 2020-11-04 Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220339641A1 (de)
EP (1) EP4061535A1 (de)
CN (1) CN114641347A (de)
DE (1) DE102019217832A1 (de)
WO (1) WO2021099110A1 (de)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3751715A (en) * 1972-07-24 1973-08-07 H Edwards Ionic wind machine
EP1297894B1 (de) 2001-09-29 2007-07-25 GEA Delbag- Lufttechnik GmbH Ionisator für ein Filtergerät
EP2309198A1 (de) * 2008-06-24 2011-04-13 Daikin Industries, Ltd. Lüftungsvorrichtung
EP2316575A1 (de) * 2009-10-28 2011-05-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Elektrischer Abscheider und Luftreiniger damit
US20110197768A1 (en) * 2008-11-14 2011-08-18 Kanji Motegi Dust collector
US20140219894A1 (en) * 2011-09-21 2014-08-07 Nbc Meshtec, Inc. Device and method for gas treatment using non-thermal plasma and catalyst medium
US20150013541A1 (en) * 2013-07-09 2015-01-15 Lasko Holdings, Inc. Electrostatic Precipitation Air Filter
US20170014757A1 (en) * 2015-07-16 2017-01-19 Clean Station Technology Co., Ltd. Plasma filtration device
US20190193089A1 (en) * 2017-12-27 2019-06-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Charging apparatus and precipitator

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017013041A (ja) * 2014-12-22 2017-01-19 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 電気集塵機
DE102017204059A1 (de) * 2017-03-13 2018-09-13 BSH Hausgeräte GmbH Filtereinheit für Dunstabzug und Dunstabzug

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3751715A (en) * 1972-07-24 1973-08-07 H Edwards Ionic wind machine
EP1297894B1 (de) 2001-09-29 2007-07-25 GEA Delbag- Lufttechnik GmbH Ionisator für ein Filtergerät
EP2309198A1 (de) * 2008-06-24 2011-04-13 Daikin Industries, Ltd. Lüftungsvorrichtung
US20110197768A1 (en) * 2008-11-14 2011-08-18 Kanji Motegi Dust collector
EP2316575A1 (de) * 2009-10-28 2011-05-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Elektrischer Abscheider und Luftreiniger damit
US20140219894A1 (en) * 2011-09-21 2014-08-07 Nbc Meshtec, Inc. Device and method for gas treatment using non-thermal plasma and catalyst medium
US20150013541A1 (en) * 2013-07-09 2015-01-15 Lasko Holdings, Inc. Electrostatic Precipitation Air Filter
US20170014757A1 (en) * 2015-07-16 2017-01-19 Clean Station Technology Co., Ltd. Plasma filtration device
US20190193089A1 (en) * 2017-12-27 2019-06-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Charging apparatus and precipitator

Also Published As

Publication number Publication date
CN114641347A (zh) 2022-06-17
US20220339641A1 (en) 2022-10-27
DE102019217832A1 (de) 2021-05-20
EP4061535A1 (de) 2022-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1807214B1 (de) Verfahren zum herausfiltern von gerüchen aus einer luftströmung und filtervorrichtung mit einem geruchsfilter
EP3552710B1 (de) Elektrostatische filtereinheit und dunstabzugsvorrichtung mit elektrostatischer filtereinheit
WO2010075958A1 (de) Ionisierungsvorrichtung für luftbehandlungsanlagen
EP4087684A1 (de) Elektrostatische filtereinheit und luftreinigungsvorrichtung
EP3500801B1 (de) Elektro-mechanisches filtersystem zum reinigen von luft in schienenfahrzeugen
WO2008034605A1 (de) Ionisierungsvorrichtung für luftfilteranlagen
EP3596396A1 (de) Filtereinheit für dunstabzug und dunstabzug
DE2116566A1 (de) Elektrostatisches Abscheidungssystem
DE2917155C2 (de) Elektrostatischer Luftreiniger
EP3376117B1 (de) Filtereinheit für dunstabzug und dunstabzug
EP4061534A1 (de) Filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung
EP3934811A1 (de) Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung
WO2021099110A1 (de) Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung
DE102017214495A1 (de) Filtereinheit für Luftreinigungsvorrichtung und Luftreinigungsvorrichtung
DE102006033945B4 (de) Steuern der Hochspannung einer Elektroluftfiltervorrichtung
EP3517208B1 (de) Filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung
DE3611947A1 (de) Elektrostatisch unterstuetztes, mechanisches faltenfoermiges filterelement
DE2658510A1 (de) Luftreinigungsgeraet
DE202005008309U1 (de) Vorrichtung zur Behandlung von Aerosolen, Schad- und Geruchsstoffen im Ionenwind
EP4048955A1 (de) Elektrostatische filtereinheit für luftreinigungsvorrichtung und luftreinigungsvorrichtung
DE202021105038U1 (de) Filtervorrichtung und Küchenmodul
DE202021105040U1 (de) Filtervorrichtung und Küchenmodul
WO2023052299A1 (de) Raumluftreiniger mit ozonkatalysator
DE102021213417A1 (de) Lüftungseinrichtung
DE102005024472A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Aerosolen, Schad- und Geruchsstoffen im Ionenwind

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20803458

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020803458

Country of ref document: EP

Effective date: 20220620