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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
elektronische Vorrichtung zum Reinigen von Fluiden,
speziell, aber nicht ausschließlich, für die Reinigung
von Gasen, wie z.B. Luft.
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Typischerweise besitzt ein herkömmlicher elektronischer
Luftreiniger eine elektrostatische Abscheiderzelle mit
zwei Stufen, wobei die zu reinigende luft zuerst durch
den Ionisationsabschnitt (erste Stufe) hindurchtritt, in
der das partikelförmige Material in der Luft eine
elektrische Ladung aufnimmt. Sie verläuft sodann in den
Sammelabschnitt (zweite Stufe), in welchem die geladenen
Partikel mit einem elektrischen Feld zusammenwirken, das
durch aufgeladene Platten gebildet wird. Die Partikel
werden sodann zu den geladenen Platten gesteuert und
kollidieren mit diesen und werden auf diese Weise auf den
Platten niedergeschlagen bzw. "gesammelt". Die
zweistufige elektrostatische Abscheiderzelle bildet eine
hochwirksame Einrichtung zur Entfernung von einatembaren
Partikeln aus einem Luftstrom mit einem geringen
Druckabfall und einem geringen Leistungsverbrauch. Dies
macht sie besonders nützlich bei der Behandlung von Luft
in kommerziellen Gebäuden und Wohngebäuden.
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Die den Sammelabschnitt bildende Zelle muß jedoch
regelmäßig entfernt und gereinigt werden; die Anhaftung
des Schmutzes an der Abscheiderzelle ist gewöhnlich sehr
stark und erfordert daher das Eintauchen der Zelle in
eine wässrige Lösung aus einem geeigneten synthetischen
Waschhilfsmittel und sodann eine Bewegung, um die Zelle
wirksam zu reinigen. Die Zelle muß genügend robust
hergestellt werden, um diese regelmäßige Reinigung ohne
Beschädigung der relativ dünnen Zungen mit kritischem
Abstand zu überstehen. Somit ist der bestehende Zellentyp
von relativ teurer und schwerer Konstruktion und die
Reinigung ist zeitaufwendig.
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Der herkömmliche Luftreiniger besitzt ferner ein
Aktivkohlefilter stromabwärts von dem Sammelabschnitt, um
gasförmige Materialien aus dem Luftstrom zu adsorbieren,
speziell um an dem Ionisierer erzeugtes Ozon und Gerüche
zu entfernen. Die CH-A-650 325 beschreibt einen weiteren
Typ eines Luftreinigers, wobei eine Aktivkohlenschicht
wahlweise auf einer Drahtwollenoberfläche der
Sammelplatten angeordnet werden kann. Die Aktivkohle
spielt jedoch nur eine untergeordnete Rolle bezüglich der
Leitung der Elektrizität.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
elektronischen Fluidreiniger vorzugeben, der zumindest
einige der zuvor erwähnten Nachteile des Standes der
Technik vermeidet. Somit kann es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung sein, einen elektronischen
Fluidreiniger vorzugeben, dessen Sammelabschnitt
geringere Kosten als der zuvor erwähnte herkömmliche
Fluidreiniger aufweist. Andere Aufgaben der vorliegenden
Erfindung können sein, einen elektronischen Fluidreiniger
vorzugeben, dessen Sammelabschnitt leichter, und/oder
kompakter, und/oder geeignet zum Wegwerfen ist, wenn er
einmal schmutzig ist, anstatt ihn zu reinigen und wieder
zu verwenden.
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Die vorliegende Erfindung gibt eine Vorrichtung zum
Reinigen von Fluiden vor, wobei die Vorrichtung aufweist
einen ersten Abscheider mit Mitteln zum Ionisieren von
Partikeln in einem hindurchtretenden Fluidstrom und einen
zweiten Abschnitt mit einer Einrichtung zum Sammeln
ionisierter Partikel und die dadurch gekennzeichnet ist,
daß die Sammeleinrichtung eine elektrisch leitende
Einrichtung umfaßt, die an einen elektrischen
Ladungsspeicher angeschlossen ist, daß die elektrisch leitende
Einrichtung aus Aktivkohle alleine besteht, daß die
Sammeleinrichtung einen oder mehrere Körper mit offenen
Zellen besitzt, die die elektrisch leitende Einrichtung
umfassen, um den entsprechenden Körper auf einem
gleichförmigen Potential zu halten und einen elektrischen
Ladungsfluß zwischen dem Körper und dem Speicher
vorzugeben.
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Auf diese Weise kann die Sammeleinrichtung mit solchen
Kosten hergestellt werden, daß sichergestellt ist, daß es
machbar ist, eine wiederholte Reinigung und
Wiederverwendung der Sammeleinrichtung zu vermeiden, während
sichergestellt ist, daß die wirksame Ansammlung der
Schmutzpartikel erzielt und während einer beträchtlichen
Benutzungsperiode aufrechterhalten wird.
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Vorzugsweise umfaßt die Sammeleinrichtung einen oder
mehrere Körper aus Material mit offenen Zellen, die mit
Aktivkohle beladen sind. Vorzugsweise ist die
Sammeleinrichtung im Gebrauch elektrisch an eine
Hochspannungs-Versorgungseinrichtung angeschlossen, um
einen leichten Ladungsfluß von der Sammeleinrichtung
vorzugeben; in einem anderen Ausführungsbeispiel ist die
Sammeleinrichtung an eine kapazitive
Ladungsspeichereinrichtung angeschlossen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die
Vorrichtung drei Elemente innerhalb der Vorrichtung,
durch welche im Gebrauch das Fluid der Reihe nach
hindurchtritt, wobei die Elemente eine erste
Filtereinrichtung zum Entfernen von Partikeln durch Auftreffen
und/oder Abfangen, die Ionisationseinrichtung und eine
aus der Sammeleinrichtung bestehende zweite
Filtereinrichtung umfassen. Dementsprechend erzielt die
Sammeleinrichtung die Funktionen des Sammelabschnittes
und des nachfolgenden Filters der bekannten Vorrichtung,
so daß eine einzige Einheit anstelle von zwei getrennten
Einheiten verwendet wird, wodurch Vorteile hinsichtlich
einer Kostenreduktion, des Gewichts und der Kompaktheit
erzielt werden und wodurch es ebenfalls möglich wird, die
Einheit wegzuwerfen, wenn sie einmal schmutzig ist,
wodurch die Notwendigkeit der Reinigung der
Sammeleinrichtung vermieden wird.
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Vorzugsweise wird wenigstens der Körper, der sich am
weitesten stromabwärts in der Sammeleinrichtung befindet,
im Gebrauch auf Nullpotential gehalten.
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Vorzugsweise umfaßt die Sammeleinrichtung mehrere Körper,
die sich abwechselnd auf hohem Potential und auf
Nullpotential befinden.
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Um die Erfindung leichter zu verstehen, sei nunmehr
anhand eines Beispiels eine Beschreibung gegeben, wobei
Bezug genommen wird auf die beiliegenden Zeichnungen, in
denen:
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Figur 1 eine schematische Zeichnung eines
herkömmlichen Luftreinigers ist;
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Figur 2 ein schematisches Diagramm eines
elektronischen Luftreinigers ist, der die vorliegende
Erfindung verkörpert.
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Figuren 3 und 4 andere Formen von
Sammeleinrichtungen zeigen, die die vorliegende Erfindung
verkörpern.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den
Sammelabschnitt einer zweistufigen elektrostatischen
Abscheiderzelle, die in Luftreinigern verwendet wird und
insbesondere gibt sie einen wegwerfbaren Abschnitt vor,
der die Eigenschaften einer bestehenden Sammeleinrichtung
(d.h. die Fähigkeit zum Entfernen von elektrisch
geladenem partikelförmigen Material) mit der des
normalerweise getrennt angeordneten Aktivkohlefilters
kombiniert, das benutzt wird, um Gerüche und Ozon zu
entfernen.
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Die Anordnung eines herkömmlichen elektronischen
Luftreinigers 1 ist schematisch in Figur 1 gezeigt. Im
Betrieb zieht das Gebläse 2, das durch einen elektrischen
Motor 3 angesteuert wird, schmutzige Luft durch das
Filter 4 herein, welches ein Filter vom Mediumstyp ist
und verwendet wird, um größere Staubpartikel durch
Auftreffen und Abfangen zu empfangen, wonach die Luft
durch eine elektrostatische Abscheiderzelle geführt wird,
die aus einem Ionisator 5 und einer Sammeleinrichtung 6
besteht und um schließlich durch ein Aktivkohlenfilter 7
geführt zu werden, bevor sie als saubere Luft ausgegeben
wird. Der Ionisator 5 besitzt eine Reihe von abwechselnd
angeordneten Parallelen gespannten Drähten 8 und
Metallzungen 9, die quer zum Luftstrom angeordnet sind
und elektrisch so angeordnet sind, daß sie die Luft
ionisieren und demzufolge das partikelförmige Material
aufladen. Die Sammeleinrichtung 6 besteht aus einer Reihe
von parallelen Metallplatten 10 bzw. Zungen, die so
angeordnet sind, daß ein elektrisches Feld zwischen
benachbarten Platten erzeugt wird. Geladene Partikel
wirken mit diesem Feld zusammen und werden auf die
Platten gesteuert, wo sie festkleben und somit gesammelt
werden. Das Aktivkohlefilter 7 wird benutzt, um
gasförmiges Material aus dem Luftstrom zu adsorbieren und
speziell für die Entfernung von Gerüchen und für die
Entfernung von Ozon, das in den Ionisatoren erzeugt wird.
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Bei der normalen Benutzung wird das Filter 4 regelmäßig
entfernt zum Reinigen bzw. zum Ersatz. Die
Abscheiderzelle und speziell die Sammeleinrichtung 6 muß regelmäßig
entfernt und gereinigt werden. Das Anhaften des Schmutzes
ist gewöhnlicherweise sehr stark und das Eintauchen der
Zelle in eine wässrige Lösung aus einem geeigneten
synthetischen Waschhilfsmittel und seine Bewegung darin
ist normalerweise erforderlich, um die Zelle zu reinigen.
Die Zelle muß robust genug hergestellt werden, um dieser
regelmäßigen Reinigung ohne Beschädigung der relativ
dünnen und kritisch beabstandeten Zungen zu widerstehen.
Somit muß der vorliegende Zellentyp einen relativ teuren
Aufbau aufweisen und das Reinigen ist zeitaufwendig. Das
Aktivkohlefilter 7 muß regelmäßig ersetzt werden, da es
bei seiner Adsorption allmählich seine Wirksamkeit
verliert und es kann nicht durch Waschen reaktiviert
werden. Es wird als ein wegwerfbarer Gegenstand in dem
Luftreinigersystem angesehen.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird der Sammelabschnitt
der Zelle und das Aktivkohlenfilter miteinander
kombiniert, um einen wegwerfbaren Abschnitt mit geringen
Kosten und leichtem Gewicht zu bilden.
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Ein Aktivkohlefilter wird hergestellt, das aus einer
Schicht von Plastikschaum mit offenen Zellen besteht, das
an seiner Oberfläche mit Aktivkohle beschichtet ist.
Aktivkohle is charakterisiert durch einen sehr großen
Oberflächenbereich infolge der porösen Struktur der
Kohlenstoffpartikel, wodurch es zu einem guten Adsorber
wird, der in der Luftreinigungsanwendung gut arbeitet.
Die zusätzliche Eigenschaft der Aktivkohle, die bei
dieser Erfindung ausgewertet wird, ist die der
elektrischen Leitfähigkeit.
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Die Tatsache, daß Aktivkohlefilter in der beschriebenen
Form elektrisch leitfähig sind, gestattet ihre Verwendung
als geladene Platten, um einen Sammelabschnitt eines
zweistufigen Abscheiders zu bilden. Eine schematische
Anordnung eines Luftreinigers, der eine solche Zelle
verwendet ist in Figur 2 gezeigt.
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Figur 2 zeigt einen elektronischen Luftreiniger 20, der
die vorliegende Erfindung verkörpert und bei welchem der
Filter 21 der gleiche ist, wie er in dem Luftreiniger 1
verwendet wird. Die elektrostatische Abscheiderzelle
besteht nunmehr aus einem Ionisator 22, ähnlich der Zelle
von Figur 1 und einem Sammelabschnitt 23 aus zwei
Schichten 24, 25 aus netzförmigem Polyester mit offenen
Zellen und mit 20 Poren pro Inch und mit einer Beladung
mit einem Minimum von 10.000 Gramm pro Kubikmeter an
Aktivkohle, wodurch ein Oberflächenbereich von 900 m² pro
Gramm der verwendeten Aktivkohle vorgegeben wird. Jedes
Blatt weist eine Länge von 480mm, ein Breite von 650mm
und eine Dicke von 9mm auf. Ein Isolierrahmen (nicht
dargestellt) hält die Schichten 24, 25 in einer
parallelen Position zueinander und in einem Abstand von
15mm quer zu dem Luftstrom. Die stromaufwärts gelegene
Schicht 24 ist an eine externe Gleichspannungsversorgung
von 4,1 kV angeschlossen und die andere Schicht 25 ist an
das Nullpotential der Versorgungsquelle 26 angeschlossen,
so daß sich abwechselnde Schichten auf hohem Potential
und Nullpotential befinden. Die Anordnung ist dergestalt,
daß die die geladenen Partikel tragende Luft von dem
Ionisator 22 durch die offene Zellstruktur der geladenen
Aktivkohleschichten 24, 25 hindurchtreten muß. Die
geladenen Partikel wirken erneut mit dem elektrischen
Feld zusammen, das durch die aufgeladenen Schichten
gebildet wird und sie werden auf den Schichten 24, 25
gesammelt. Die Wirksamkeit der Aktivkohleschichten 24, 25
als ein Adsorber kann durch Verschmutzung durch die
Staubpartikel vermindert werden, aber da zwei oder mehr
Schichten nunmehr verwendet werden, wird die wirksame
Fläche und die Verweilzeit für den Kontakt zwischen der
Aktivkohle und den zu adsorbierenden Gasen wenigstens
verdoppelt, wodurch der Verschmutzungsfaktor verringert
wird. Ein Luftreiniger mit den beschriebenen Merkmalen
ist in der Lage, 500 bis 1000 Kubikmeter an Luft pro
Stunde zu verarbeiten, während er sehr viel kompakter,
leichter und im Betrieb leichter zu unterhalten ist als
ein herkömmlicher Reiniger.
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In ähnlicher Weise wie der Reiniger 1 besitzt der
Reiniger 20 ein Gebläse 27, das durch einen Motor 28
unter Steuerung durch eine Motorgeschwindigkeits-
Steuereinheit 29 angetrieben ist.
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Es ist wichtig feszustellen, daß in einer
Sammeleinrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, die
Schichten mit offenen Zellen elektrisch leitfähig sein
müssen; dies unterscheidet sie von geladenen
Mediumfiltern, in denen elektrische Ladungen innerhalb der
Struktur eines Materials vom Isolationstyp während der
Herstellung angeordnet werden und sodann benutzt werden,
um elektrisch geladene Partikel anzuziehen, die durch das
aufgeladene Mediumfilter hindurchtreten. In einem
aufgeladenen Mediumfilter vermindern die aufgeladenen und
gesammelten Partikel allmählich die eingebauten Ladungen
des Mediums, wodurch die Sammelwirksamkeit vermindert
wird. Da bei der vorliegenden Erfindung die Schichten
leitfähig sind und an eine externe
Spannungsversorgungsquelle angeschlossen sind, wird die elektrische Ladung
der Schichten nicht aufgehoben oder vermindert durch den
Sammelprozeß.
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Bedeutende Vorteile dieser Erfindung sind:
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a) Die Sammeleinrichtung kombiniert die Vorteile
eines einfachen Mediumfilters, die Sammelstufe
eines elektrostatischen Abscheiders und eines
Aktivkohlefilters, d.h. sie kann
partikelförmiges Material durch Auftreffen, durch
Abfangen und durch elektrische Kräfte sammeln
und ferner Ozon und Gerüche durch Adsorption
entfernen.
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b) Sie ist leicht im Gewicht - dies vereinfacht
den Entwurf, den Transport und die Montage des
Luftreinigers.
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c) Sie ist billig und macht es wirtschaftlich
machbar, sie als einen wegwerfbaren Gegenstand
anstelle eines waschbaren Gegenstandes zu
verwenden.
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d) Der Aufbau der Sammeleinrichtung einer
elektrostatischen Abscheiderzelle, die dieses
Verfahren verwendet, ist weniger kritisch als
die eines herkömmlichen Sammelabschnittes.
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Figur 3 zeigt eine andere Form der Sammeleinrichtung zur
Verwendung in einem Luftreiniger, der die vorliegende
Erfindung verkörpert. Die Sammeleinrichtung 30 besitzt
vier Schichten 31 bis 34 identisch mit den Schichten 24,
25 des Reinigers 20, wobei jede der Schichten 31 bis 34
in einem getrennten Isolierrahmen (nicht dargestellt)
gehalten ist und so positioniert ist, daß sie parallel
zueinander liegen und um 10mm quer zu dem Luftfluß
beabstandet sind, der entlang des Reinigers verläuft.
Jede der Schichten 31 bis 34 ist elektrisch an einen
geeigneten Anschluß der Hochspannungs-Versorgungsquelle
35 angeschlossen, so daß die Schichten 32 und 34 sich auf
Nullpotential und die Schichten 31 und 33 auf 4,1 kV
befinden. Es wird angenommen, daß eine solche Anordnung
von Platten und Potentialen einen wirksamen Betrieb der
Sammeleinrichtung vorgibt und daß es vorteilhaft ist, die
Schicht 34, nämlich diejenige, die sich am weitesten
stromabwärts in der Sammeleinrichtung befindet, auf
Nullpotential zu halten, um die Wahrscheinlichkeit auf
ein Minimum zu reduzieren, daß aus der Sammeleinrichtung
austretende Luft aufgeladen ist. In einer alternativen
Anordnung wird die Schicht 31 auf 4,1 kV gehalten, die
Schicht 32 auf 2,8 kV, die Schicht 33 auf 1,4 kV und die
Schicht 34 auf Nullpotential. In einer weiteren
Alternative besitzt die Sammeleinrichtung eine einzige
Schicht identisch zu den Schichten 24, 25 des Reinigers
20, wobei diese Schicht auf Nullpotential gehalten wird.
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Figur 4 zeigt eine weitere Form der Sammeleinrichtung zur
Verwendung in einem Luftreiniger, der die vorliegende
Erfindung verkörpert, wobei die Sammeleinrichtung 40 eine
einzige Schicht 41 mit offenen Zellen aus netzförmigem
Polyester mit 20 Poren pro Inch besitzt. Jede Schicht hat
eine Länge von 480mm, eine Breite von 650mm und eine
Dicke von 30mm. Die Schicht 41 ist beladen mit einem
Minimum von 10.000 Gramm pro Kubikmeter an Aktivkohle in
zwei gegenüberliegenden Endbereichen, um zwei elektrisch
leitende Bereiche 42 und 43 mit einer Dicke von 10mm
vorzugeben, die einen zentralen Bereich 44 mit einer
Dicke von 10mm zwischen sich einschließen, der elektrisch
nicht leitend ist. Der Bereich 42 ist elektrisch an den
4,1 kV-Anschluß der Hochspannungs-Versorgungsquelle 45
angeschlossen, während der Bereich 43 elektrisch an den
Nullpotential-Anschluß der Versorgungsquelle 45
angeschlossen ist.
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Alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung können vorgesehen sein, indem andere Arten von
porösen bzw. offenen Zellkörpern verwendet werden, die in
geeigneter Weise mit Aktivkohle beladen werden oder durch
die Verwendung von Körpern, die alleine aus Aktivkohle in
einer offenen Zellstruktur bestehen (z.B. Einstellung
einer Zusammenmischung aus Kohlenstoff und einem anderen
Material in einer offenen Zellstruktur und sodann
Entfernung des anderen Materials) . Die Spannungswerte und
die verwendete Polarität kann ebenfalls variiert werden
gemäß den Materialabständen und der verwendeten
Konstruktion.
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Typischerweise verwenden Geräte zur Verwendung in einer
häuslichen bzw. einer Büroumgebung Ionisatoren, welche
eine positive Ladung erzeugen und die Schichten der
Sammeleinrichtung sind positiv aufgeladen, da eine
positive Korona bestrebt ist, weniger Ozon zu erzeugen.
Geräte, die eine negative Aufladung verwenden, haben
jedoch das Bestreben, wirksamer zu arbeiten und daher
können ein Ionisator mit einer negativen Aufladung und
negativ aufgeladene Sammelschichten in industriellen
Anwendungen verwendet werden. Selbstverständlich ist die
vorliegende Anwendung in jeder Form geeignet.