ENTSPRECHEND AUSGESTATTETER ELEKTROABSCHEIDER SOWIE RAUMBELÜFTUNGSEINHEIT

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lonisatorelement für einen Elektroabscheider sowie einen mit einem derartigen lonisatorelement ausgestatteten Elektroabschei der sowie eine Raumbelüftungseinheit, insbesondere für dezentrale Wohnraumbe- lüftungsanlagen, mit einem derartigen Elektroabscheider.

Aus der WO 2017/121 429 A1 ist der Einsatz von Elektrofiltern bei kontrollierten dezentralen Wohnraumbelüftungssystemen mit Wärmerückgewinnung bekannt.

In den vergangenen Jahren wurde erkannt, welch gravierende Auswirkungen in der Luft befindliche Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von 10 gm oder weniger - der sog. Feinstaub - auf die menschliche Gesundheit haben kön nen. Da konventionelle Filter, wie z.B. Filtermatten, hinsichtlich ihrer Filterleistung insbesondere bei kleineren Partikeln, wie Feinstäuben, nicht sehr leistungsfähig sind, jedenfalls dann nicht, wenn größere Druckverluste vermieden werden sollen, wurden im Rahmen der o.g. Druckschrift mit Flochspannungen von einigen Kilovolt betriebene Elektroabscheider oder Elektrofilter (auch als Anordnungen für elektro nische Staubabscheidung bekannt) für den Einsatz bei dezentralen Wohnraumbe- lüftungsanlagen vorgeschlagen. Hierbei werden die in der Luft vorhandenen Parti kel durch elektrische Ladungen abgeschieden. Für die Raumluftreinigung werden insbesondere zweistufige Elektroabscheider nach dem sog. Penney-Prinzip verwendet. Dabei werden die abzuscheidenden Partikel zunächst durch einen sog. Ionisator elektrisch aufgeladen. Dies erfolgt durch sog. Coronaentladungen mittels in der Regel positiv geladener (und in der Regel auch ungeheizter) Coronadrähte, die in der Nähe von negativ geladenen Platten angeordnet sind. Die Luft mit den geladenen Partikeln gelangt sodann in einen sog. Kollektor, der aus parallel zueinander angeordneten, jeweils gegensätzlich geladenen Platten besteht. Die geladenen Partikel schlagen sich auf den Platten (insbesondere den negativ geladenen Platten) nieder, so dass die Luft hinter den Platten weitgehend partikelfrei ist.

Die lonisationsdrähte werden in bekannter Weise besonders vorteilhaft aus Wolf ram oder einer vergleichbaren Verbindung mit einer niedrigen Festkörper-Austritts arbeit (z.B. Wolfram mit Thorium-, oder Bariumbeschichtung, oder Wolfram- Rhenium, ggf. mit einem schützenden Edelmetallüberzug, z.B. einer Goldschicht) oder aus einem Wolfram-Oxidmischmetall gefertigt.

Die Ausbildung der Ionisatoren bzw. Coronadrähte und deren Beaufschlagung mit Hochspannung ist zum einen für die Wirksamkeit der Raumluftreinigung, aber zum anderen auch für die Entstehung von Ozon von entscheidender Bedeutung.

Diese beiden Parameter - Wirksamkeit und Ozonbildung - stehen allerdings grund sätzlich in einem gewissen Zielkonflikt, da eine wirksamere Ionisation in der Regel mit einer vermehrten Entstehung von Ozon einhergeht, wobei die entstehende Ozonkonzentration aufgrund der toxischen Wirkung des in die Raumluft abgege benen und sich dort ansammelnden Ozons unbedingt begrenzt werden sollte.

Es hat sich herausgestellt, dass das Verhältnis zwischen lonisationsleistung und Ozonbildungsrate günstig beeinflusst werden kann, indem die lonisationsdrähte möglichst dünn gestaltet werden.

Nun sind aber der Herstellung und Verarbeitung und Langzeitstabilität von dünnen wolframmetallhaltigen Drähten, die insbesondere in einem Element wie dem Ioni sator eines Elektroabscheiders in einer Wohnraumbelüftungsanlage eingesetzt werden sollen und daher relativ robust sein sollten, fertigungstechnische Grenzen gesetzt. Dünne Wolframdrähte und vergleichbare Drähte neigen nämlich dazu, nach einem Knick schnell zu reißen und sich nach der erforderlichen Ablängung zusammenzu ziehen. Bei den vorstehend beschriebenen Applikationen können aber mechanische Be lastungen für die lonisationsdrähte nicht ausgeschlossen werden, auch wenn die Drähte bei derartigen Elektroabscheidern in der Regel in einem relativ stabilen Halterahmen angeordnet sind. Hinsichtlich der Integrität dünner lonisiationsdrähte kritische Situationen sind beispielsweise die Montage der Halterahmen mit mögli- chen Verkantungen, thermische Spannungen bei Temperaturwechseln oder me chanische Belastungen durch die regelmäßige Reinigung der Elektrofiltereinheit durch den Benutzer, denn teilweise sind die Filtereinheiten spülmaschinengeeig net ausgeführt. Der Außendurchmesser eines lonisationsdrahtes spielt, wie vorstehend schon er wähnt, eine entscheidende Rolle für die Quantität der Ozonemission und sollte deshalb möglichst kein sein. Bei sehr geringen Drahtdurchmessern von < 0,1 mm (besser < 0,07mm) besteht allerdings die Gefahr, dass der Draht schon bei gerin ger äußerer Querbelastung reißt, da ein einfacher Draht nur geringe innere Biege- momente aufnehmen kann.

Deshalb lassen sich Wolframdrähte und vergleichbare Drähte mit Durchmessern im Bereich von 0,2 mm nicht mehr ohne Weiteres sinnvoll verarbeiten bzw. für die gewünschten Zwecke mit der gewünschten Robustheit einsetzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein ro bustes und zuverlässig zu fertigendes und zu verarbeitendes lonisatorelement, ei nen Elektroabscheider mit einem derartigen lonisatorelement sowie eine dezent rale Wohnraumbelüftungsanlage mit einem derartigen Elektroabscheider zu schaf- fen, bei denen eine optimale Feinstaubfilterung bei kompakten Baugrößen in be sonders ozonarmer Weise ermöglicht wird. Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels eines lonisationselements mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 , mittels eines Elektroabscheiders mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 sowie mittels einer Raumbelüftungsein heit mit den Merkmalen des Patentanspruches 10.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprü chen erläutert.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass dem vorstehend beschriebenen Problemen durch Anwendung von Kenntnissen aus dem allgemeinen Tragseilbau entgegengewirkt werden kann. Bekanntlich liegt der Verwendung verdrillter Seile die Erkenntnis zugrunde, dass ein fester Stab erheblich geringere Beigemomente zerstörungsfrei aufnehmen kann als ein aus verdrillten Einzellitzen bestehender Stab gleichen Durchmessers. Dies ist - kurz dargestellt - u.a. dadurch bedingt, dass bei von außen wirkenden Kräften, die erhöhte Biegemomente mit sich brin gen, die Längenänderung durch Verzwirbelung oder Entzwirbelung - je nach Bie gerichtung - durch eine Längenanpassung ausgeglichen werden kann, da der Ein zeldraht nicht starr, sondern in Maßen flexibel in die Verdrillung eingebunden ist. Sehr geringe Außendurchmesser von < 0,07mm bei erhöhter Robustheit lassen sich über eine Verdrillung mehrerer kleiner Litzen (z.B. 4 x 0,03 mm) erreichen.

Ein - möglicherweise zu befürchtender - signifikanter negativer Einfluss der auf grund der mit der Verdrillung von Einzellitzen gegenüber einem Einzelleiter glei- chen Durchmessers vergrößerten Außenoberfläche auf die Ozonemissionen konnte erfinderseitig nicht festgestellt werden.

Erfindungsgemäß weist ein lonisatorelement für einen Elektroabscheider ein oder mehrere (kathodisch oder anodisch) mit Hochspannung beaufschlagbare, in ei- nem zu reinigenden Gasstrom anordbare Leiter aus Wolfram oder aus einem wolf ramhaltigen Metall auf, wobei wenigstens einer der Leiter (bevorzugt aber sämtli che Leiter) einen Gesamtdurchmesser von kleiner gleich 0,2 mm, besonders be vorzugt einen Gesamtdurchmesser kleiner oder gleich 0,07 mm, aufweisen und aus mehreren verdrillten Einzellitzen aus Wolfram oder aus einem wolframhaltigen Metall gebildet sind, wobei der Durchmesser der Einzellitzen jeweils 0,15 mm, vor zugsweise 0,1 mm, und besonders bevorzugt 0,03 mm, nicht übersteigt. Ein aus mehreren Einzellitzen verdrillter Leiter lässt sich wesentlich leichter verar beiten und bietet deshalb die Möglichkeit, die Einzellitzen wesentlich dünner zu wählen.

Aufgrund der Verdrillung könnten deshalb auch Litzen mit d < 0,1 mm Verwendung finden, vorzugsweise mit d < 0,075 mm, ggf. mit d < 0,050 mm, evtl sogar Litzen mit d < 0,030mm oder mit d < 0,025mm.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass ein derartiger verdrill ter Leiter ein günstigeres Verhältnis aus lonisationsleistung und Ozongenerierung erlaubt als ein klassischer, aus einem einzigen Metallkörper gebildeter "Draht".

Dies kann mit der höheren Flexibilität und Stabilität eines litzenhaltigen Drahts oder Leiters erklärt werden, so dass der verwendete Gesamtquerschnitt für einen Leiter gegenüber einem klassischen Draht reduziert werden kann.

Der oder die Leiter des lonisatorelements können in einer Ausführungsform ganz oder teilweise aus Wolfram, aus Wolfram mit einer dünnen (vorzugsweise nur eine oder wenige atomare Monolagen) Thoriumschicht, aus Wolfram mit einer dünnen (ebenfalls vorzugsweise nur eine oder wenige atomare Monolagen) Barium- Schicht, aus Wolfram-Rhenium oder aus einem Oxidmischmetall aus wenigstens Wolfram und Bariumoxid mit einer dünnen äußeren Bariumschicht hergestellt sein. Als zusätzlicher Korrosionsschutz kann außerdem eine dünne Edelmetallschicht, z.B. eine Goldschicht, vorgesehen sein. Vorzugsweise kann jeder Leiter wenigstens drei verdrillte Litzen aufweisen. Durch die verdrillte Ausbildung können die den Leiter bildenden Litzen einen Durchmesser kleiner oder gleich 0,075 mm (vorzugsweise sogar noch kleiner, z.B. kleiner oder gleich 0,05 mm oder kleiner oder gleich 0,03 mm) aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens einer der Leiter aus wenigs tens vier, vorzugsweise genau vier, verdrillten Einzellitzen mit einem Litzendurch messer von maximal 0,03 mm, gebildet, wobei die Verdrillung bei vier Einzellitzen der Geometrie eines Sternvierers folgt. Bei einem Sternvierer (dies ist ein Begriff aus der Elektrotechnik, dort aber im All gemeinen für isolierte Drähte eines Nachrichtenkabels verwendet) sind die vier Adern sämtlich und gleichmäßig um eine hypothetische Mittenachse verdrillt.

Mit einem derartigem Sternvierer hat man ein die Einzellitzen eines Leiters in einer derartigen Weise verdrillt, dass der resultierende Außendurchmesser des verdrill ten Leiters möglichst gering ist, was dem Ziel möglichst geringer Ozonemission förderlich ist.

Zur Minimierung des Außendurchmesser werden die Einzellitzen der Leiter bevor- zugt auch ohne Vorhandensein einer Stützseele und/oder weiterer Stabilisierungs drähte miteinander verdrillt.

Bevorzugt sind die Einzellitzen wenigstens eines Leiters mit einer Schlaglänge verdrillt, die das 2- bis 50-fache, vorzugsweise das 5- bis 15-fache, besonders be- vorzugt das etwa 10-fache des Außendurchmessers dieses Leiters beträgt. Die konkrete Schlaglänge ist weniger für die Ozonemission als für die mechanische Stabilität und die Herstellbarkeit der Leiter von Bedeutung und kann grundsätzlich auch über die Länge des Drahtes herstellungsbedingt variieren. Weiterhin wird erfindungsgemäß ein zweistufiger Elektroabscheider nach dem Penney-Prinzip mit mindestens einem lonisatorelement in Reihe wie vorstehend beschrieben, sowie eine entsprechend ausgestattete Raumbelüftungseinheit, ins besondere für eine dezentrale Wohnraumbelüftungsanlage, vorgeschlagen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft näher erörtert.

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische schematische Ansicht einer kombinierten Elekt- roabscheider-/Wärmespeichereinheit mit einem erfindungsgemäßen lonisatorelement;

Figur 2 eine perspektivische schematische Explosionsdarstellung eines für eine Wohnraumbelüftungsanlage ausgestalteten Elektroabscheiders nach dem Penney-Prinzip ohne integrierte Wärmespeichereinheit; und

Figuren 3 und 4a, b schematische Ansichten eines Leiters für ein erfindungsgemä ßes lonisatorelement. Figur 1 zeigt ein Wärmespeicherelement 10 für eine dezentrale Wohnraumbelüf- tungseinheit, das mit einem Elektroabscheider 12 (dessen Kollektorelemente sich in das Wärmespeicherelement 10 hinein erstrecken) zu einer gemeinsamen Ein heit 14 verschränkt ist, wobei die Verschränkung mit einem Wärmespeicherele ment für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend ist, vgl. hierzu auch Figur 2.

Der Elektroabscheider 12 arbeitet mehrstufig nach dem Penny-Prinzip und besteht aus einem Ionisator 16, der durch eine mit positiver Flochspannung beaufschlagte Leiterharfe gebildet wird (es können auch mehrere Leiterharfen parallele angeord net werden), und einem in Wirkungsrichtung nachgeschalteten Kollektor, der im Wesentlichen aus alternierend positiv und negativ mit Hochspannung geladenen Kondensatorplatten 18 besteht. Die entsprechenden Hochspannungszuführungen und -Netzteile sind nicht dargestellt.

Die Leiterharfen 20 des Ionisators 16 sind in Form eines parallelen Gitters ange- ordnet. Figur 2 zeigt schematisch in einer Explosionsdarstellung einen für die Integration in eine Raumbelüftungseinheit ausgestalteten Elektroabscheider 12 nach dem Penney-Prinzip ohne integrierten Wärmeabscheider. Hierbei sind die erfindungs gemäß aus Einzellitzen gebildeten Sprühelektrodenleiter in Form mehrerer, in Längsrichtung hintereinander angeordneter Leiterharfen 20 angeordnet, die den Ionisator 156 bilden und ungefähr mittig jeweils zwischen jeweils zwei auf Gegen potential liegenden plattenförmigen Kollektorelektroden 18 angeordnet sind.

Erfindungsgemäß (vgl. auch die Figuren 3 und 4a, b) sind die einzelnen Leiter 20 aus einem dünnen Wolframdraht oder einem wolframhaltigen Metall mit einem Ge samtdurchmesser kleiner oder gleich 0,2 mm (besonders bevorzugt kleiner gleich 0,07 mm) hergestellt, wobei wenigstens ein (im Beispiel jeder) Leiter aus mehre ren - im Beispiel gemäß Figur 4a drei und gemäß Figur 4b vier - Einzellitzen 22a-d mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 0,15 mm oder bevorzugt mit ei nem noch geringeren Durchmesser, insbesondere von z.B. 0,1 mm oder dünner, und besonders bevorzugt mit einem Durchmesser von etwa 0,075 mm, 0,05 mm, 0,03 mm oder gar 0,025 mm oder geringer, gebildet ist.

Beispielsweise lässt sich mit einem Wolframionisator-Draht bestehend aus vier in Form eines "Sternvierer" (vgl. Figur 4b) ohne Seele od. dgl. verdrillter Einzellitzen mit einem Durchmesser von 0,03 mm bis 0,025 ein für die gewünschten Applikati onen ausreichend mechanisch ausreichend stabiler Draht mit einem Außendurch messer von ca. 0,061 mm erzielen.

Für die weiteren Einzelheiten, insbesondere die Einbettung der in Figur 1 darge stellten Einheit in eine dezentrale Wohnraumbelüftungsanlage und die mögliche raumsparende Kombination eines Elektroabscheiders mit dem vorstehend be schriebenen lonisatorelement und einer dezentralen Wohnraumbelüftungseinheit sowie Steuerungsaspekte wird auf die bereits eingangs zitierte

WO 2017/121 429 A1 verwiesen, die durch Bezugnahme in die vorliegende An meldung mit aufgenommen werden soll. Es sei in diesem Zusammenhang allerdings ausdrücklich betont, dass das erfin dungsgemäße lonisatorelement nicht nur bei einem Elektroabscheider nach dem Penney-Prinzip und nicht nur in Zusammenhang mit einer dezentralen Wohnraum- belüftungsanlage wie vorstehend beschrieben eingesetzt werden kann, sondern, dass dieses Prinzip auch universell für andere Anwendungen einsetzbar ist, bei denen eine besonders effektive, aber ozonarme Coronaentladung erzielt werden soll.