WO2000016018A1 - Verfahren und vorrichtung zum transport von gasen, insbesondere von luft - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum transport von gasen, insbesondere von luft Download PDF

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WO2000016018A1
WO2000016018A1 PCT/EP1999/006792 EP9906792W WO0016018A1 WO 2000016018 A1 WO2000016018 A1 WO 2000016018A1 EP 9906792 W EP9906792 W EP 9906792W WO 0016018 A1 WO0016018 A1 WO 0016018A1
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gas
sorption zone
electrode
transport channel
air
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PCT/EP1999/006792
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Hanns Rump
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Brand-Gerhart, Rosemarie
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/30—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by ionisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the invention relates to a method for transporting gases, in particular air, according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 5.
  • air blowers are required in the field of building technology, in technical devices such as computers, or in room air filters or air conditioning devices.
  • propellers i.e. axial blowers, or rollers provided with appropriately arranged fins, i.e. radial blowers, which are driven by motors.
  • the noise emitted by fans is perceived as annoying.
  • the fan is necessary as protection against overheating.
  • the blower is even indispensable for the production of the basic function of the device. For these reasons, the reduction in comfort due to the acoustic annoyance must be accepted.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a device for transporting gases, in particular air, the disadvantages mentioned being avoided and the gas being transported largely silently; Likewise, a cleaning of the gases, in particular air, the disadvantages mentioned being avoided and the gas being transported largely silently; Likewise, a cleaning of the gases, in particular air, the disadvantages mentioned being avoided and the gas being transported largely silently; Likewise, a cleaning of the gases, in particular air, the disadvantages mentioned being avoided and the gas being transported largely silently; Likewise, a cleaning of the gases, in particular air, the disadvantages mentioned being avoided and the gas being transported largely silently; Likewise, a cleaning of the gases, in particular air, the disadvantages mentioned being avoided and the gas being transported largely silently; Likewise, a cleaning of the gases, in particular air, the disadvantages mentioned being avoided and the gas being transported largely silently; Likewise, a cleaning of the gases, in particular air, the disadvantages mentioned being avoided and the gas being transported largely silently;
  • CONFIRMATION KDPIE transported gas or air and thus a quality improvement of the gas may be possible.
  • the object is achieved by a method for transporting gases, in particular air, in which the gas to be transported is at least partially ionized and accelerated in an electrical field while dispensing with mechanically movable elements for gas transport. After accelerating in the electric field, the gas passes through a gas-permeable sorption zone to eliminate certain substances from the gas flow in order to improve the quality of the gas.
  • the object is achieved by a device for transporting gases, in particular air, consisting of a transport channel with an inlet opening and an outlet opening, wherein at least one pair of electrodes, between which an electrical voltage can be applied, and an ionization device are arranged in the transport channel coincides with an electrode of the pair of electrodes or is identical or separate.
  • a device for transporting gases in particular air, consisting of a transport channel with an inlet opening and an outlet opening, wherein at least one pair of electrodes, between which an electrical voltage can be applied, and an ionization device are arranged in the transport channel coincides with an electrode of the pair of electrodes or is identical or separate.
  • the gas After acceleration in the electric field, the gas passes through a gas-permeable sorption zone for the elimination of certain substances from the gas stream and thus in particular for improving the quality of the gas, the sorption zone being set up in front of the outlet opening of the transport channel and the sorption zone being a small one which does not hinder the gas stream Has flow resistance.
  • the invention is based on the principle of the acceleration of charged particles in an electric field. In this way, a current of matter is generated between two electrodes operated with DC voltage, between which there is an electric field.
  • the negative electrode can be designed as a so-called spray electrode, which itself generates air ions due to the coronary effect, peak discharge. Due to the inertia, the movement of the charged particles is not stopped at the rear electrode if it is partially permeable to gas, for example has cutouts. The gas ions occur therefore at the outlet opening as a gas stream. The charged particles can entrain uncharged gas atoms or molecules, thereby increasing the gas flow. Due to the negative pressure formed in the transport channel, new gas particles are sucked in through the inlet opening and transported to the front electrode. Since the gas transport is not effected mechanically, it proceeds largely silently without the gas producing any noticeable flow noises.
  • the flow rate that can be achieved depends on the electric field strength and the degree of ionization.
  • the invention can be used particularly advantageously when the flow velocities are not to be very high. There are many technical uses.
  • a typical gas flow rate of up to 4 m / sec can be 10 V / m to achieve 'at electric field strengths of 2.5.
  • gas particles are necessary to implement the invention. These are ionized either by the first electrode (cathode) and / or by an upstream ionization stage. Air is ionized by coronary discharge or by dielectric barrier discharge.
  • the gas stream is preferably passed through a sorption zone.
  • the sorption zone comprises a layer of adsorbent material, on which substances accumulate and are thus removed from the gas stream, to which the ionized gas has reacted in an undesirable manner.
  • activated carbon filters can eliminate ozone. In this way, the quality of the gas can be improved with regard to exposure to odorants or dust or other floating particles or particles.
  • a particle filter can be installed upstream of the overall arrangement in order to contaminate the components due to electrostatic attraction prevent. Furthermore, the particle filter also serves to clean the transported gas.
  • the electric field is homogeneous and constant over time.
  • the positive electrode is designed as a surface which is predominantly perforated with any geometry, for example a circular or square grid surface or an annular grid surface or an arrangement of a plurality of grid surfaces or rings arranged in series, which are preferably arranged perpendicular to the direction of the transport channel is.
  • the surface of the positive electrode can preferably be designed in accordance with the cross section of the transport channel.
  • the positive electrode can be designed as a grid or as a ring.
  • the negative electrode is preferably designed as a spray electrode.
  • Electrodes There are several pairs of electrodes, which are arranged one behind the other in the transport channel and whose electrical fields are rectified. These electrical fields are preferably shielded from one another. The electrode pairs can also be connected in parallel.
  • a sorption zone for eliminating certain substances from the gas flow is set up in front of the outlet opening, which preferably has a low flow resistance that does not impede the gas flow. This can be achieved, for example, by increasing the cross-section of the gas flow channel through which flow flows, in accordance with the flow laws. As a result, the quality of the gas can be improved with regard to the exposure to odorous substances or to dust or other floating particles or particles.
  • the sorption zone can consist of activated carbon.
  • the sorption zone can consist of a metal mesh.
  • the sorption zone can likewise consist of materials coated with transition metals. An advantageous feature of the sorption materials used is the largest possible available "inner" surface, given a limited volume, in which gases and gas constituents can be adsorbed (gas kidney).
  • Activated carbon typically has a specific weight per unit area of approx. 100 m 2 / g.
  • An ionization stage is arranged in front of the first pair of electrodes of the device, which is permeable to the gas to be transported and ionizes it, preferably by means of a dielectric barrier electrical discharge. At least one of the electrodes is surrounded or coated with a dielectric material, thereby preventing electrical discharges with a normal electric field strength. With a correspondingly higher electric field strength, however, an electrical discharge can be realized. A disabled discharge therefore requires higher field strengths than the normally applied electrical field strength for the actual discharge.
  • a particle filter can also be arranged in the area of the inlet opening into the device.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention with a pair of electrodes
  • Figure 1 shows the basic structure of a device for gas transport.
  • the underlying principle is to accelerate and transport air ions in an electrostatic field.
  • a transport channel 1 which is designed, for example, as a tube with a rectangular or round cross section and of which only two side walls are shown here, two electrodes 3, 4 are arranged.
  • the electrodes are connected to an electrical direct voltage source 5 via a connecting line. When a voltage is applied, an essentially homogeneous electric field is generated between the electrodes 3, 4.
  • the left electrode 3 is also used for ionization. For this reason, it has several tips 2, which can be needles or thin electrical wires or carbon fiber bundles. Voltage peaks occur at the respective tips 2, so that the so-called corona effect occurs at these points and electrical charge, that is, electrons, are transferred from these tips to air molecules.
  • the air ions are thus negatively charged.
  • the ions are accelerated towards the positive electrode.
  • the accelerated ions are indicated as horizontal arrows.
  • the positive electrode 4 is designed as a grid or as a ring. It is arranged approximately perpendicular to the transport direction defined by the transport channel and in the present case extends over the entire cross-sectional area.
  • the ions accelerated in the direction of the electrode are only partially “captured” by this electrode. However, the major part flies through the grid-shaped electrode 4 and thus leaves the electric field, which is only between the two electrodes 3, 4 of the electrode pair located.
  • the accelerated ions also carry uncharged gas molecules with them as they move. Therefore, gas is transported from the negative pole towards the positive pole of the electric field. As a result, air is also sucked in through the inlet opening 7 of the transport channel 1 and exits again through the outlet opening 8.
  • Ozone is an unpleasant smelling gas that is harmful to health in concentrations greater than 0.1 ppm.
  • a sorption zone 6 is arranged in the region of the outlet opening. This is able to bind the interfering substances and, if necessary, catalytically decompose them.
  • a thin layer of activated carbon is used as the sorbator 6, which has only a low flow resistance, so that the gas stream is not blocked up in front of the sorption zone.
  • the ozone molecules adsorb on the activated carbon layer and thereby decay. Since, in addition to the air molecules, oxidizable air constituents, odorous substances, bacteria or germs are ionized by the ionization device and transported in the electric field and then also adsorbed on the activated carbon, both oxidizable air constituents and ozone are concentrated on the surface of the activated carbon. This leads to reactive concentrations of both gas groups, so that the oxidizable air components can react with the ozone and thus be oxidatively destroyed.
  • the air passes the sorpator 6 somewhat unhindered, while ozone and oxidizable air constituents are almost completely retained.
  • activated carbon other materials can also be used in the sorption layer. Sintered metal barriers or barriers made of metal wool are particularly suitable.
  • the activated carbon is advantageously equipped by chemical treatments so that the desired goal is further supported. Coating the coal with metal oxides in particular accelerates the decomposition of the ozone molecules.
  • Fig. 2 shows in principle such an arrangement.
  • a plurality of electrodes 3, 3 ', 3 ", so-called spray electrodes, which consist of needles, very thin wires or carbon fiber bundles, are arranged in a transport channel 1.
  • the associated anodes 4, 4', 4" consist of grids.
  • the ions passing through the grid reach the electrical field 12 of the next spray electrode.
  • the electric field 12 acting between a pair of electrodes is indicated by a dashed frame.
  • An electrical direct voltage is applied to the electrodes by means of a voltage source 5.
  • the electrodes are arranged in such a way that no electric field can build up in relation to the grid electrode lying backwards in the direction of flow. This can be done using suitable electrical shielding.
  • any number of stages can be cascaded with the aim of generating a pressure in front of the sorption zone 6 which drives a sufficient air flow through the sorption zone to the outlet opening 8.
  • the arrangement described above is preceded by an ionization stage 9.
  • an arrangement which operates on the principle of the so-called Siemens tube and is connected to a high AC voltage 10 is preferably used.
  • electrons are transferred to the ambient air and so ions are generated in large quantities. If these ions get into the electric field of the electrodes 3, 3 ', 3 ", they are immediately accelerated in the direction of the corresponding grid electrode 4, 4', 4". In this case, the ion production is not left solely to the increase in field strength at the tips of the spray electrodes 3, 3 ', 3 ".
  • the mass flow of ionized molecules and the associated air flow are increased by this measure.
  • Cascaded, series-connected electrode pairs are used in particular in the practical arrangements in order to be able to transport a large amount of air.
  • a particle filter 11 in the area of the inlet opening 7 of the transport channel 1. This is for example a HePa filter or consists of fiberglass or paper.
  • the device shown in FIG. 2 can advantageously be used as an air cleaning device.
  • "below room air-conditioning device is advantageously the air and transported absolutely ge Hurchlos by ion pumps.
  • the air is cleaned of odorous substances and of bacteria and particles by mechanical pre-cleaning using a mechanical filter 11.
  • the air can also be cleaned by oxidizing the odorous substances once in the air with the help of active oxygen ions and in particular by reacting those concentrated in the sorption zone Odorants with the active oxygen ions occur.
  • This device can be made relatively flat, and the active area of the device can be very large, with a large number of individual ion pumps being present. This means that a volume flow of up to 5,000 m 3 / h can be achieved, which is only possible in technically known concepts with mechanically moving parts if considerable running and flow noises are accepted.
  • the outflowing air is both free of particles, free of germs and free of odors.
  • Devices of this type can be used both in the private sector and in the area of hospitals, medical practices, offices, production facilities etc.
  • an ion pump with a sorption zone and an ionization zone is used to control odors and bacteria. This can be advantageous in food production and distribution, right up to use in domestic refrigerators.
  • Ion pump can be used. It is also particularly advantageous here that the air exchange takes place without noise and that the air quality can also be improved.
  • the invention is particularly advantageous for commercial use in the noiseless ventilation of electronic devices and for the treatment of room air in hospitals, medical practices, offices, production facilities etc. as well as in technical devices.
  • the utility of the invention consists in particular in that the gas is accelerated and transported practically noiselessly due to the at least partial ionization and acceleration in an electric field, in the form of an ion pump.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport von Gasen, wie Luft, bei welchem unter Verzicht auf mechanisch bewegliche Elemente zum Gastransport das zu befördernde Gas wenigstens teilweise ionisiert wird und in einem elektrischen Feld beschleunigt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Transport von Gasen, insbesondere von Luft, mit einer Eintrittsöffnung (7) und einer Austrittsöffnung (8) und einem dazwischen gebildeten Transportkanal (1), wobei im Transportkanal (1) wenigstens ein Elektrodenpaar (3, 4; 3', 4'; 3', 4'), zwischen dem eine elektrische Spannung anlegbar ist, sowie eine Ionisationsvorrichtung (3, 3', 3', 9) angeordnet ist, die mit einer Elektrode des Elektrodenpaars (3, 4; 3', 4'; 3', 4') übereinstimmt oder separat ausgebildet ist. Der Transport des Gases erfolgt aufgrund der Bewegung elektrisch geladener Teilchen in einem elektrischen Feld, ist daher unabhängig von der Bewegung mechanischer Elemente und somit geräuschlos.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Transport von Gasen, insbesondere von Luft
Technisches Gebiet: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport von Gasen, insbesondere von Luft, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Stand der Technik: In vielen technischen Bereichen ist es notwendig, Luft zu transportieren. Zum Beispiel werden Luftgebläse benötigt im Bereich der Gebäudetechnik, in technischen Geräten, wie Computern, oder in Raumluftfiltern bzw. klima echnischen Geräten. Dabei werden in der Regel Propeller, d.h. axiale Gebläse, oder mit entsprechend angeordneten Lamellen versehene Walzen, d.h. radiale Gebläse, eingesetzt, die durch Motoren angetrieben werden.
Gemeinsam ist diesen Lüftern, daß sie Laufgeräusche und auch Stromungsgeräusche erzeugen. Diese stammen zum Teil direkt von den Motoren und deren Lagern oder aber von den Luftwirbeln, die sich turbulent von den Propellerblättern bzw. Lamellen ablösen.
In vielen Fällen wird das von Lüftern ausgehende Geräusch als störend empfunden. Bei Personalcomputern, Fax- oder Kopiergeräten oder in Druckern ist der Lüfter jedoch als Überhitzungsschutz notwendig. Bei Raumluftfiltern, Raumluftbefeuchtern, Klimageräten oder Heizgeräten ist das Gebläse sogar zur Herstellung der Grundfunktion des Geräts unverzichtbar. Aus diesen Gründen muß die Komfortminderung durch die akustische Belästigung hingenommen werden.
Technische Aufgabe:
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transport von Gasen, insbesondere von Luft, bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile vermieden und das Gas weitgehend geräuschlos transportiert wird; ebenso soll gleichzeitig eine Reinigung des
BESTÄΠGUNGSKDPIE transportierten Gases bzw. der transportierten Luft und somit eine Qualitätsverbesserung des Gases möglich sein.
Offenbarung der Erfindung: Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Transport von Gasen, insbesondere von Luft, bei welchem unter Verzicht auf mechanisch bewegliche Elemente zum Gastransport das zu befördernde Gas wenigstens teilweise ionisiert und in einem elektrischen Feld beschleunigt wird. Das Gas durchläuft nach der Beschleunigung im elektrischen Feld eine gas- durchlässige Sorptionszone zur Eliminierung bestimmter Substanzen aus dem Gasstrom zur Qualitätsverbesserung des Gases.
Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Transport von Gasen, insbesondere von Luft, bestehend aus einem Transportkanal mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung, wobei im Transportkanal wenigstens ein Elektrodenpaar, zwischen dem eine elektrische Spannung anlegbar ist, sowie eine Ionisationsvorrichtung angeordnet ist, die mit einer Elektrode des Elektrodenpaars übereinstimmt bzw. identisch oder separat ausgebildet ist. Das Gas durchläuft nach der Beschleunigung im elektri- sehen Feld eine gasdurchlässige Sorptionszone zur Eliminierung bestimmter Substanzen aus dem Gasstrom und somit insbesondere zur Qualitätsverbesserung des Gases, wobei die Sorptionszone vor der Austrittsöffnung des Transportkanals eingerichtet ist, und die Sorptionszone einen geringen, den Gasstrom nicht behindernden Strömungswiderstand aufweist.
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip der Beschleunigung geladener Teilchen in einem elektrischen Feld. Auf diese Weise wird ein Materiestrom zwischen zwei mit Gleichspannung betriebenen Elektroden, zwischen denen sich ein elektrisches Feld befindet, erzeugt. Dabei kann die negative Elektrode als sogenannte Sprühelektrode ausgebildet sein, die selbst Luftionen aufgrund des Koronareffektes, Spitzenentladung, erzeugt. Bedingt durch die Massenträgheit wird die Bewegung der geladenen Teilchen nicht an der hinteren Elektrode gestoppt, falls diese teilweise für Gas durchlässig gestaltet ist, beispielsweise Aussparungen aufweist. Die Gasionen treten daher an der Austrittsöffnung als Gasstrom aus. Dabei können die geladenen Teilchen ungeladene Gasatome oder -moleküle mitreißen, wodurch der Gasstrom verstärkt wird. Durch den im Transportkanal gebildeten Unterdruck werden neue Gasteilchen durch die Eintrittsöffnung angesaugt und zur vorderen Elektrode transportiert. Da der Gastransport nicht mechanisch bewirkt wird, geht er weitgehend lautlos vor sich, ohne das sich merkliche Strömungsgeräusche des Gases ausbilden.
Die erzielbare Strömungsgeschwindigkeit hängt von der elektrischen Feld- stärke und vom Ionisationsgrad ab. Die Erfindung läßt sich insbesondere dann vorteilhaft einsetzen, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten nicht sehr groß sein sollen. Es ergeben sich vielfältige technische Einsatzmöglichkeiten.
Eine typische Strömungsgeschwindigkeit des Gases von bis zu 4 m/sec läßt sich bei elektrischen Feldstärken von 2,5' 10 V/m erzielen.
Notwendig zur Realisierung der Erfindung ist die Ionisation von Gasteilchen. Diese werden entweder durch die erste Elektrode (Kathode) und/oder durch eine vorgeschaltete Ionisationsstufe ionisiert. Dabei wird Luft durch Koronarentladungen oder durch dielektrisch behinderte Entladung ionisiert.
Nach Durchlaufen der elektrischen Felder wird der Gasstrom vorzugsweise durch eine Sorptionszone geleitet. Die Sorptionszone umfaßt eine Schicht aus adsorbierendem Material, an welchem sich Substanzen anlagern und somit aus dem Gasstrom entfernt werden, zu denen das ionisierte Gas in unerwünschter Weise reagiert hat. Beispielsweise kann Ozon durch Aktivkohlefilter eliminiert werden. Auf diese Weise kann eine Qualitätsver- besserung des Gases hinsichtlich der Belastung mit Geruchs Stoffen oder mit Staub oder sonstigen Schwebeteilchen oder Partikeln erzielt werden.
Der Gesamtanordnung kann ein Partikelfϊlter vorgeschaltet werden, um ein Verschmutzen der Komponenten durch elektrostatische Anziehung zu verhindern. Des Weiteren dient der Partikelfilter gleichzeitig zur Reinigung des transportierten Gases.
In erfinderischer weiterer Ausgestaltung ist das elektrische Feld homogen und zeitlich konstant.
In weiterer erfinderischer Ausgestaltung ist die positive Elektrode dabei als überwiegend mit beliebiger Geometrie durchbrochene Fläche, zum Beispiel eine kreisförmige oder quadratische Gitterfläche oder eine ringförmige Gitterfläche oder eine Anordnung von mehreren in Reihe hintereinander befindlichen Gitterflächen oder Ringen ausgebildet, die vorzugsweise senkrecht zur Richtung des Transportkanals angeordnet ist. Bevorzugt kann die Fläche der positive Elektrode entsprechend dem Querschnitt des Transportkanals gestaltet sein. Ebenso kann die positive Elektrode als Gitter oder als Ring ausgebildet sein. Die negative Elektrode ist bevorzugt als Sprühelektrode ausgebildet.
Es sind mehrere Elektrodenpaare vorhanden, welche hintereinander im Transportkanal angeordnet sind und deren elektrische Felder gleichge- richtet sind. Vorzugsweise sind diese elektrischen Felder untereinander abgeschirmt. Ebenso können die Elektrodenpaare parallel geschaltet werden.
Vor der Austrittsöffnung ist eine Sorptionszone zur Eliminierung be- stimmter Substanzen aus dem Gasstrom eingerichtet, welche vorzugsweise einen geringen, den Gasstrom nicht behindernden Strömungswiderstand aufweist. Dies kann zum Beispiel durch Vergrößern des durchströmten Querschnittes des Transportkanals des Gases gemäß den Strömungsgesetzen erreicht werden. Dadurch kann eine Qualitätsverbesserung des Gases hinsichtlich der Belastung mit Geruchsstoffen oder mit Staub oder sonstigen Schwebeteilchen oder Partikeln erzielt werden. Die Sorptionszone kann aus Aktivkohle bestehen. Des Weiteren kann die Sorptionszone aus einem Metallgewebe bestehen. Ebenso kann die Sorptionszone aus mit Übergangsmetallen beschichteten Materialien bestehen. Ein vorteilhaftes Merkmal der verwendeten Sorptionsmaterialien ist eine möglichst große angebotene "innere" Oberfläche, bei vorgegebenem begrenzten Volumen, in der Gase und Gasinhaltsstoffe adsorbiert werden können (Gasniere). Aktivkohle hat typischerweise ein spezifisches Flächengewicht von ca. 100 m2/g.
Vor dem ersten Elektrodenpaar der Vorrichtung ist eine Ionisationsstufe angeordnet, welche für das zu transportierende Gas durchlässig ist und dieses ionisiert, vorzugsweise durch eine dielektrisch behinderte elektrische Entladung. Hierbei ist mindestens eine der Elektroden mit einem dielektrischen Material umgeben bzw. überzogen, wodurch elektrische Entladungen, bei normaler elektrischer Feldstärke, verhindert werden. Bei einer entsprechend höheren elektrischen Feldstärke kann jedoch eine elektrische Entladung realisiert werden. Eine behinderte Entladung erfordert somit zur tatsächlichen Entladung höhere Feldstärken, als die normalerweise angelegte elektrische Feldstärke.
Im Bereich der Eintrittsöffnung in die Vorrichtung kann des Weiteren ein Partikelfilter angeordnet sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen: Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Elektrodenpaar und Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit hintereinander angeordneten Elektrodenpaaren
Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zum Gastransport. Das zugrundeliegende Prinzip ist, Luftionen in einem elektrostatischen Feld zu beschleunigen und damit zu transportieren. In einem Transportkanal 1, der beispielsweise als Rohr mit rechteckigen oder rundem Querschnitt ausgebildet ist und von dem hier nur zwei Seitenwände dargestellt sind, sind zwei Elektroden 3, 4 angeordnet. Die Elektroden sind über eine Anschlußleitung an eine elektrische Gleichspannungsquelle 5 angeschlossen. Beim Anlegen einer Spannung wird ein im wesentlichen homogenes elektrisches Feld zwischen den Elektroden 3, 4 erzeugt.
Die linke Elektrode 3 dient hier zusätzlich zur Ionisierung. Aus diesem Grunde weist sie mehrere Spitzen 2 auf, die Nadeln oder dünne elektrische Drähte oder Kohlefaserbündel sein können. An den jeweiligen Spitzen 2 kommt es zu Spannungsüberhöhungen, so daß an diesen Punkten der sogenannte Korona-Effekt auftritt und elektrische Ladung, also Elektronen, von diesen Spitzen auf Luftmoleküle übertragen werden.
Die Luftionen werden damit negativ geladen. Im elektrischen Feld werden die Ionen in Richtung der positiven Elektrode beschleunigt. Die beschleunigten Ionen sind als horizontale Pfeile angedeutet. Die positive Elektrode 4 ist als Gitter oder als Ring ausgeformt. Sie ist flächig etwa senkrecht zur durch den Transportkanal definierten Transportrichtung angeordnet und erstreckt sich vorliegend über die gesamte Querschnittsfläche. Die in Richtung auf die Elektrode beschleunigten Ionen werden nur zum Teil von dieser Elektrode „eingefangen". Der größte Teil jedoch fliegt durch die gitterförmig ausgeformte Elektrode 4 hindurch und verläßt damit das elektrische Feld, welches sich nur zwischen den beiden Elektroden 3, 4 des Elektrodenpaars befindet.
Die beschleunigten Ionen reißen durch Stoßprozesse bei ihrer Bewegung auch ungeladene Gasmoleküle mit. Es kommt daher zu einem Gastransport vom negativen Pol in Richtung des positiven Poles des elektrischen Feldes. Dadurch wird auch Luft durch die Eintrittsöffnung 7 des Transportkanals 1 eingesaugt und tritt durch die Austrittsöffnung 8 wieder aus.
Luftionen, insbesondere Sauerstoff-Ionen haben die Neigung, sich teilweise zum dreiatomigen Sauerstoffmolekül O3, Ozon, zu verbinden. Ozon ist ein unangenehm riechendes Gas, welches in Konzentrationen von größer als 0.1 ppm gesundheitsschädlich ist. Um das Freiwerden von Ozon oder anderen störenden, in der Beschleunigungsstrecke gebildeten Substanzen zu verhindern, ist im Bereich der Austrittsöffnung eine Sorptionszone 6 angeordnet. Diese ist imstande, die störenden Substanzen zu binden und gegebenenfalls katalytisch zu zersetzen.
Als Sorpator 6 wird beispielsweise eine dünne Schicht Aktivkohle eingesetzt, welche nur einen geringen Strömungswiderstand aufweist, so daß der Gasstrom nicht vor der Sorptionszone aufgestaut wird. Die Ozonmoleküle adsorbieren auf der Aktivkohleschicht und zerfallen dabei. Da durch die Ionisierungseinrichtung neben den Luftmolekülen auch oxidierbare Luftinhaltsstoffe, Geruchsstoffe, Bakterien oder Keime ionisiert und im elektrischen Feld transportiert werden und anschließend ebenfalls auf der Aktivkohle adsorbieren, werden auf der Oberfläche der Aktivkohle sowohl oxidierbare Luftinhaltsstoffe als auch Ozon aufkonzentriert. Damit kommt es zu reaktionsfähigen Konzentrationen beider Gasgruppen, so daß die oxidierbaren Luftbestandteile mit dem Ozon reagieren können und damit oxidativ zerstört werden.
Im Ergebnis passiert die Luft den Sorpator 6 einigermaßen ungehindert, während Ozon und oxidierbare Luftinhaltsstoffe fast vollständig zurückgehalten werden. Neben Aktivkohle können auch andere Materialien in der Sorptionsschicht eingesetzt werden. Insbesondere sind Sintermetall- Barrieren oder Barrieren aus Metallwolle geeignet.
Vorteilhaft wird die Aktivkohle durch chemische Behandlungen so ausgerüstet, daß das gewünschte Ziel weiter unterstützt wird. Insbesondere die Beschichtung der Kohle mit Metalloxiden beschleunigt den Zerfall der Ozonmoleküle.
Die Geschwindigkeit der Ionen und insbesondere der von der als „Ionenpumpe" wirkenden Vorrichtung aufbaubare Druck kann erhöht werden, indem mehrere Elektrodenpaare 3, 4 hintereinander geschaltet werden. Fig. 2 zeigt prinzipiell eine solche Anordnung. In einem Transportkanal 1 sind eine Mehrzahl von Elektroden 3, 3', 3", sogenannte Sprühelektroden, angeordnet, welche aus Nadeln, sehr dünnen Drähten oder Kohlefaserbündeln bestehen. Die dazugehörigen Anoden 4, 4', 4" bestehen aus Gittern. Die das Gitter durchfliegenden Ionen gelangen in das elektrische Feld 12 der nächsten Sprühelektrode. Das zwischen einem Elektrodenpaar wirkende elektrische Feld 12 ist durch eine gestrichelte Umrahmung angedeutet. An die Elektroden wird mittels einer Spannungsquelle 5 eine elektrische Gleichspannung angelegt.
Die Elektroden werden so angeordnet, daß sich kein elektrisches Feld gegenüber der in Strömungsrichtung rückwärts liegenden Gitterelektrode aufbauen kann. Dies kann durch eine geeignete elektrische Abschirmung erfolgen. Es können prinzipiell beliebig viele Stufen kaskadiert werden mit dem Ziel, vor der Sorptionszone 6 einen Druck zu erzeugen, der einen ausreichenden Luftstrom durch die Sorptionszone zur Austrittsöffnung 8 hindurchtreibt.
Erfindungsgemäß wird der vorstehend beschriebenen Anordnung eine Ionisationsstufe 9 vorgeschaltet. Dabei wird bevorzugt eine nach dem Prinzip der sogenannten Siemensröhre arbeitende Anordnung eingesetzt, die an eine hohe Wechselspannung 10 angeschlossen wird. Nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten elektrischen Entladung werden Elektronen auf die Umgebungsluft übertragen und insofern in großer Menge Ionen erzeugt. Gelangen diese Ionen in das elektrische Feld der Elektroden 3, 3', 3", werden sie sofort in Richtung auf die entsprechende Gitterelektrode 4, 4', 4", beschleunigt. Die Ionenproduktion bleibt in diesem Fall nicht allein der Feldstärkeüberhöhung an den Spitzen der Sprühelektroden 3, 3', 3" überlassen. Der Massestrom ionisierter Moleküle und der damit einhergehende Luftstrom wird durch diese Maßnahme erhöht.
In den praktischen Anordnungen werden insbesondere kaskadierte, hintereinandergeschaltete Elektrodenpaare eingesetzt, um eine große Luftmenge transportieren zu können. Zur Verhinderung von Verschmutzungen befindet sich im Bereich der Eintrittsöffnung 7 des Transportkanals 1 ein Partikelfilter 11. Dieser ist beispielsweise ein HePa-Filter oder besteht aus Fiberglas oder Papier.
Die in Figur 2 gezeigt Vorrichtung kann vorteilhaft als Luftreinigungseinrichtung Verwendung finden. In einem der Lehre der Erfindung" folgenden Raumluft-Aufbereitungsgerät wird die Luft vorteilhaft und absolut geräuchlos durch Ionenpumpen transportiert.
Die Reinigung der Luft von Geruchsstoffen und von Bakterien und Partikeln erfolgt durch eine mechanische Vorreinigung durch einen mechanischen Filter 11. Die Reinigung der Luft kann des Weiteren durch Oxidation der Geruchsstoffe einmal in der Luft mit Hilfe aktiver Sauerstoffionen und insbesondere durch Reaktion der in der Sorptionszone aufkonzentrierten Geruchsstoffe mit den aktiven Sauerstoffionen erfolgen.
Dieses Gerät kann relativ flach ausgeführt werden, wobei die aktive Fläche des Gerätes sehr groß sein kann, wobei eine Vielzahl einzelner Ionenpumpen vorhanden ist. Damit ist ein Volumenstrom von bis zu 5.000 m3/h erreichbar, was in technisch bekannten Konzepten mit mechanisch bewegten Teilen nur unter Inkaufnahme erheblicher Lauf- und Strömungsgeräusche möglich ist.
Die ausströmende Luft ist sowohl frei von Partikeln, frei von Keimen und frei von Geruchsstoffen. Derartige Geräte sind sowohl im privaten Bereich als auch im Bereich von Krankenhäusern, Praxen, Büros, Produktionsstätten etc. einsetzbar. In weiteren Anwendungen wird durch eine Ionenpumpe mit Sorptionszone und Ionisationszone eingesetzt, um Gerüche und Bakterien zu bekämpfen. Das kann vorteilhaft in der Lebensmittel- Produktion und Lebensmitteldistribution erfolgen, bis hin zum Einsatz in häuslichen Kühlschränken.
Um technische Geräte wie Computer, Drucker, Kopierer und andere elektronische Geräte zu belüften, kann ebenfalls die erfindungsgemäße Ionenpumpe eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist auch hier, daß der Luftaustausch geräuschlos erfolgt und zusätzlich eine Verbesserung der Luftqualität erfolgen kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Die Erfindung ist insbesondere zur geräuschlosen Belüftung von elektronischen Geräten und zur Aufbereitung von Raumluft in Krankenhäusern, Arztpraxen, Büros, Produktionsstätten etc. wie auch in technischen Geräten vorteilhaft gewerblich einsetzbar. Die Nützlichkeit der Erfindung besteht insbesondere darin, dass das Gas aufgrund der wenigstens teilweisen Ionisierung und Beschleunigung in einem elektrischen Feld, in Form einer Ionenpumpe, praktisch geräuschlos beschleunigt und transportiert wird.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Transport von Gasen, insbesondere von Luft, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verzicht auf mechanisch bewegliche Elemente zum Gastransport das zu befördernde Gas wenigstens teilweise ionisiert und in einem elektrischen Feld beschleunigt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas nach der Beschleunigung im elektrischen Feld eine gasdurchlässige Sorptionszone (6) zur Eliminierung bestimmter Substanzen oder Partikel aus dem Gasstrom durchläuft.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sorptionszone (6) zur Eliminierung bestimmter Substanzen aus dem Gasstrom vor der Austrittsöffnung eingerichtet wird, wobei die Sorptionszone (6) einen geringen, den Gasstrom nicht behindernden Strömungswiderstand aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld homogen und zeitlich konstant gewählt wird.
5. Vorrichtung zum Transport von Gasen, insbesondere von Luft, bestehend aus einem Transportkanal (1) mit einer Eintrittsöffnung (7) und einer Austrittsöffnung (8), dadurch gekennzeichnet, daß im Transportkanal (1) wenigstens ein Elektrodenpaar (3, 4; 3', 4'; 3", 4"), zwischen dem eine elektrische Spannung anlegbar ist, sowie eine Ionisationsvorrichtung (3, 3', 3"; 9) angeordnet ist, die mit einer Elektrode des Elektrodenpaars (3, 4; 3', 4'; 3", 4") übereinstimmt bzw. identisch oder separat ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas nach der Beschleunigung im elektrischen Feld eine gasdurchlässige Sorptionszone (6) zur Eliminierung bestimmter Substanzen oder Partikel aus dem Gasstrom durchläuft, wobei die Sorptionszone (6) vor der Austrittsöffnung des Transportkanals (1) eingerichtet ist, und die Sorptionszone (6) einen geringen, den Gasstrom nicht behindernden Strömungswiderstand aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode (4, 4', 4") als überwiegend mit beliebiger Geometrie durchbrochene Fläche ausgebildet ist, die vorzugsweise senkrecht zur Richtung des Transportkanals (1) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode (4, 4', 4") als Gitter oder als Ring ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode (3, 3', 3") als Sprühelektrode ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektrodenpaare (3, 4; 3', 4'; 3", 4") vorhanden sind, welche hintereinander im Transportkanal (1) angeordnet und deren elektrische Felder (12) gleichgerichtet und vorzugsweise untereinander abgeschirmt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare (3, 4; 3', 4'; 3", 4") parallel geschaltet werden.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sorptionszone (6) aus Aktivkohle besteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sorptionszone (6) aus Metallgewebe besteht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sorptionszone (6) aus mit Übergangsmetallen beschichteten Materialien besteht.
15. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Elektrodenpaar (3, 4) eine Ionisationsstufe (9) angeordnet ist, welche für das zu transportierende Gas durchlässig ist und dieses ionisiert, vorzugsweise durch eine dielektrisch behinderte elektrische Entladung.
16. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Eintrittsöffnung (7) ein Partikelfilter (11) angeordnet ist.
17. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 5 als Luftreinigungsvorrichtung.
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