Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum gesteuerten Erzeugen einer Ionenfreisetzung in einer gasförmigen, gegebenenfalls Feststoffe enthaltenden Umgebung, welche Anlage mindestens eine mit Wechselstrom betriebene Vorrichtung zum Erzeugen von Koronaden enthält, die einen als zylinderförmiges Rohr ausgebildeten Isolator, eine am Aussenumfang des Isolators anliegende gitterförmige Aussenelektrode und eine im Zylinderinnen- räum angeordnete Innenelektrode aufweist.

Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage.

Beschreibung des Standes der Technik

Zur Ionisation von Gasen werden, wie allgemein bekannt, Koronaentladungen erzeugt, um eine Ionisation herbeizuführen. Dazu werden allgemein Geräte verwen- det, die im wesentlichen aus zwei Elektroden und einem dazwischenliegenden Isolator aufgebaut sind. An die beiden Elektroden wird eine Spannung von mehreren Kilowatt gelegt. Damit entsteht eine Gasentladung an Spitzen und Kanten der unter Spannung stehenden Elektroden. Die damit erzeugten Koronaentladungen führen zu einer Spaltung und einer Ionisation der Moleküle im betreffenden Gas. Durch die Spaltung der Moleküle entstehen hochreaktionsfähige Atome. Diese binden und/oder schädigen hierdurch unter anderem die Zellstruktur von Mikroorganismen, beispiels- weise Viren, Schimmelsporen, Bakterien sowie Geruchsmoleküle und Schadstoffe.

Beispielsweise bewirkt die Ionisation von Luftsauerstoff eine Reinigung und Entkeimung der Luft. Weiter besteht auch bei Arbeitsgasen, also Industriegasen wie beispielsweise Schutzgase die Notwendigkeit, Staub- partikel und auch Keime zu entfernen, bzw. zu vernichten.

Durch die Ionisation der Sauerstoffmoleküle, die weitere Sauerstoffmoleküle bilden, werden sogenannte Sauerstoff-Cluster gebildet. Diese wirken- luftreinigend, indem sie in der Luft schwebende Stäube binden, die bei- spielsweise aufgrund ihrer Grosse einfach gefiltert werden können.

Zur Bildung dieser Sauerstoff-Cluster ist eine Spannung von maximal 3000 V notwendig. Bei einer höheren Spannung wird der Anteil an atomarem Sauerstoff, der nicht mit anderen Stoffen oxidiert, sondern Ozon (O3) bildet, erhöht, so dass die genannten Koronaentladungen auch zur Erzeugung von Ozon verwendet werden könnte, welches ebenfalls zur Reinigung von Luft und auch Wasser ^• verwendet werden kann. Jedoch muss zur Reinigung der Um- gebungsluft die Menge des Ozons gesteuert werden, so dass grundsätzlich grösstenteils Sauerstoff-Cluster erzeugt werden, weil ein zu grosser Ozon-Anteil gesundheitsschädlich sein kann.

Zur Ionisierung von anderen Gasen, z.B. Indu- striegasen ist eine von 3000 V verschiedene Spannung notwendig und es besteht auch das Bedürfnis, die Menge der freigesetzten Ionen zu steuern.

Zur Erfüllung der somit unterschiedlichen Aufgaben betreffs einer gezielten Ionisation von ver- schiedenen Gasen sind verschiedene Vorrichtungen bekannt geworden. Die sind jedoch nur individuell für eine jeweilige Aufgabe, ein jeweiliges Gas ausgebildet, so dass beispielsweise ein Werk mit unterschiedlicher Gasbehandlungsanlagen verschiedene, betreffs die Beschaffung und den Betrieb kostenintensive Vorrichtungen benötigte.

Zusammenfassung der Erfindung

Somit ist es ein Ziel der Erfindung, eine Anlage und ein Verfahren zum Betrieb der Anlage zu schaf- fen, womit eine gezielte Ionisation in einer gasförmigen Umgebung erreicht werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Anlage zu zeigen mit einer Vorrichtung zum Erzeugen von Koronaden, welche Vorrichtung als eine Röhre mit einem Sok- kel ausgebildet ist, in welchem Sockel ein Betriebsmodul, enthaltend einen Transformator und eine Steuervorrichtung angeordnet sind.

Ein noch weiteres Ziel ist eine Anlage zu zeigen, bei welcher der Transformator sekundärseitig an der Steuervorrichtung angeschlossen ist, die ihrerseits mit der Innenelektrode in Verbindung steht, und das Betriebsmodul in einem Teil des Sockels bildenden und koaxial zum zylinderförmigen Isolator verlaufenden hülsen- förmigen Träger angeordnet ist, welcher zylinderförmige Isolator in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Betriebsmodul und dem Träger hineinragt und mit dem Betriebsmodul und dem Träger dichtend verbunden ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb der Anlage zu zeigen, in welchem die Menge der jeweils freigesetzten Ionen und der Energielevel der freigesetzten Ionen gesteuert wird.

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betrieb der Anlage zu zeigen, gemäss welchem zum Steuern der Ionenfreisetzung der Gleichspan- nungsanteil des angelegten Stromes geändert wird.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb der Anlage zu zeigen, gemäss welchem zum Steuern der Ionenfreisetzung die Spannungshöhe des angelegten Stromes geändert wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Ver-

• fahren zum Betrieb der Anlage zu zeigen, gemäss welchem

zum Steuern der Ionenfreisetzung die Frequenz des angelegten Stromes geändert wird.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäs- sen Anlage und des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das gemäss der Erfindung gezielte Ionisieren basiert auf einer genau definierten Energiemenge, die benötigt wird um die Ionisation in einem bestimmten Gas oder Stoff zur Reaktion zu bringen. Grundsätzlich sind die hier anzuwendenden Energiepotentiale, also die Ioni- sationsenergie bekannt, oder können auch rechnerisch ermittelt werden. Dadurch können alle diejenigen Gase/Stoffe separiert werden, die ein für sie eigenes Energiepotential zur Ionisation benötigen, In der CH-PS 666 372, deren Offenbarung durch diesen Bezug darauf in der vorliegenden Schrift als eingeschlossen zu betrachten ist, ist ein Ionisationsgenerator offenbart, der an sich äu- sserst zufriedenstellend und zuverlässig arbeitet, jedoch nicht in der Lage ist, kontrollierte Entladungen auf ver- schiedenen Energielevels zu erzeugen.

Es können nun durch einen und denselben Ionisationsgenerator durch eine gezielte Ionisation unerwünschte, schädliche Komponenten je nach Vorhandensein aus der Atmosphäre, gegebenenfalls Umgebungsluft heraus- gelöst werden. Diese Komponenten können sowohl Staubpartikel, Gasanteile, als auch Keime sein. Durch die kontrollierte Ionisation ist die Ausführung der Erfindung nicht mehr an die alleinige Sauerstoffionisation gebunden, sondern kann auch in anderen Gasatmosphären zur Rei- nigung oder Neutralisierung eingesetzt werden. Somit erstreckt sich die Verwendbarkeit der Erfindung über die reine Atemluftionisierung hinaus in den Bereich der Gasreinigung.

Es kann nun eine Kontrolle der Reaktion der freigesetzten Ionen mit der Umgebungsatmosphäre erzielt werden. Weiter kann eine Separation von Umgebungsatmo- sphärenkomponenten erfolgen, was einen Einsatz der Anlage

nach der Erfindung auch in reaktionskritischen Atmosphären ermöglicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird besser verständlich und noch weitere Ziele als die oben angeführten werden erkannt, wenn die nachfolgende Beschreibung derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in Betracht gezogen wird. Es zeigt:

Figur 1 den elektrischen Schaltkreis der nach der Erfindung ausgebildeten Anlage;

Figur 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt gezeichnet, eines Ionisationsgenerators mit seiner integrierten Steuervorrichtung;

Figur 3 einen Anlagenteil mit einer Mehrzahl auf einer Palette angeordneten Ionisationsgeneratoren; und Figuren 4-8 verschiedene Betriebsweisen der

Erfindung.

Weg zur Ausführung der Erfindung

In der Figur 1 ist ein Transformator 9 gezeigt, der primärseitig Anschlüsse 4,5 zum Anschluss an ein herkömmliches Netz mit einer Primärspannung U]_ von 100-230 V AC aufweist. Der Transformator 9 ist derart ausgebildet, dass er eine Sekundärspannung U2 von 4000 V AC abgibt.

Dieser Transformator 9 ist nun an den Primäranschlüssen 7,8 einer noch zu beschreibenden Steuervorrichtung 10 angeschlossen. Die Erdung ist mit 6 angedeutet.

Die Steuervorrichtung 10 steht, wie mit dem Anschluss 1 gezeigt ist, mit einer Steuereinheit 11 in Verbindung.

Weiter steht die Steuervorrichtung 10 über den Anschluss 2 mit einem Ozonalarmgerät 12 in Verbindung und weiter über den Anschluss 3 mit einem Betriebsdaueralarmgerät 13 in Verbindung.

Sekundärseitig steht die Steuervorrichtung 10 über den Anschluss 14 mit einer der Elektroden 16/17 eines anhand der Figur 2 beschriebenen Ionisators 18 in Verbindung. Die von der Steuervorrichtung 10 an den Elektroden angelegte Spannung ist mit U3 bezeichnet. Die Erdung ist mit 15 angedeutet.

Die Figur 2 zeigt die im Sockel 19 des Luft- ionisators 18 integrierte Steuervorrichtung 10 mit dem Transformator 9.

Im Sockel 19 sind offensichtlich die Anschlüsse zur Steuereinheit 11, dem Ozonalarmgerät 12 und dem Betriebsdaueralarmgerät 13 via die Palette 37 ange- ordnet. Der Sockel 19 weist einen hülsenförmigen Träger 22 auf. Auf dem Sockel 19 ist eine Isolationsröhre 20 befestigt, die beispielsweise aus Glas oder Kunststoff hergestellt sein kann. Die Form der Röhre 20 kann kreiszylindrisch oder auch von anderer Form, z.B. Polygon-Form, sein.

Im Inneren der Isolationsröhre 20 ist eine Elektrode, die Innenelektrode 16 angeordnet. Diese ist zweckmässig als Hülse ausgebildet, die mit geringem Abstand zur Innenwand der Isolationsröhre 20 angeordnet ist. Die Innenelektrode 16 ist mit der Spannungsquelle, also den Anschluss 14 der Steuervorrichtung 10 verbunden. Die die Innenelektrode 16 bildende Hülse ist zweckmässig aus einem Lochblech geformt, dessen kreisrunde Löcher einen Durchmesser von ca. 1,0 bis 3,0 mm, vorzugsweise etwa 2 mm, und einen Lochabstand von 3,0 bis 5,5 mm, vorzugsweise etwa 4 mm aufweisen kann. Als Material der Hülse eignet sich beispielsweise eine gelochte Leichtmetall-

oder Stahlfolie, vorzugsweise eine Folie aus Reinstaluminium mit einer Folienstärke von etwa 0,2 mm.

Auf der Isolationsröhre 20 ist eine Aussen- elektrode 17 aufgesetzt. Diese weist Zylinderform auf und ist aus einem Drahtgewebe geformt, derart, dass sie sich mit leichtem Druck auf die Isolationsröhre 20 presst.

Wesentlich ist, dass die von der Aussenelek- trode 17 ausgeübte Kraft nur so gross ist, dass die Verschiebbarkeit der Aussenelektrode 17 gewahrt bleibt. Durch Verschieben der Aussenelektrode 17 gegenüber der fest angeordneten Innenelektrode 16 kann ^' die Leistung des Ionisationsgenerators 18 (zusätzlich zu den ¹ durch die Steuervorrichtung 11 erzeugten Änderungen) bezüglich der Ionisierung eingestellt werden. Die Verschiebung und da- mit die qualitative Elektronenemission kann dadurch eingestellt werden, dass an die Aussenelektrode 17 auf der dem Sockel 19 abgewandten Seite ein Verstellrohr (nicht gezeigt) befestigt ist, dessen Länge etwas grösser ist als die Längen der Isolationsröhre 20 und der Aussenelek- trode 17. An das Rohr kann eine Welle befestigt werden, die aus dem Gehäuse ragt, in welchem der Ionisationsgenerator 18, wie dem Fachmann bekannt, eingebaut ist, und einen Handgriff aus Isolationsmaterial trägt, mit dem die Aussenelektrode 17 verschoben werden kann. Die Steuervorrichtung 10 und der Transformator 9 sind mit ihren Anschlüssen modulförmig ausgebildet, bilden also zusammen ein Modul 26. Dieses Modul 26 ist im hülsenförmigen Träger 22 angeordnet. Die Isolationsröhre 20 ragt in den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Aussenwand des Moduls 26 und der Innenwand des hülsenförmigen Trägers 22 und ist mittels einem den Innenraum der Isolationsröhre 20 dichtenden Klebstoff 24 mit dem Modul 26 und dem Träger 22 verbunden. In das Modul 26 ragt ein Gewindebolzen 25. Dieser verläuft durch eine im Träger 22 drehfest angeordnete Mutter 23. Durch ein Anziehen des Gewindebolzens 25 wird das Modul 26 gegen den hülsenförmigen Träger 22 vor dem Einbringen des Klebstoffes 24 ar-

retiert. Dieser Gewindebolzen 25 bildet gleichzeitig die Zufuhrleitung zum Primäranschluss 7 des Transformators 9. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, sind mehrere Luftionisatoren 18 auf einer Palette 21 angeordnet. Zur Befe- stigung eines jeweiligen Luftionisators 18 ist der Gewindebolzen 25 mit dieser Palette 21 verschraubt. Die verschiedenen Anschlüsse 1-5 für den Transformator 9 und der Steuervorrichtung 10 sind in dieser Palette 21 untergebracht, also die Verbindungen zum 100-230V Stromnetz und der Steuereinheit 11, dem Ozonalarmgerät 12 und dem Betriebsdaueralarmgerät 13. In der Palette 21 verlaufen dann die einzelnen Zweigleitungen zu den jeweiligen Anschlüssen von Transformator 9 und der Steuervorrichtung 10. Dabei ist zu erwähnen, dass die Steuereinheit 11, das Ozonalarmgerät 12 und das Betriebsdaueralarmgerät 13 in einer Kontrolleinheit 27 (Fig. 1) zusammengefasst sind und somit die beschriebenen Leitungen an der Palette 21 angeschlossen sind. Die Verbindung zwischen den Anschlüssen 1, 2 und 3 der Palette 21 zum Modul 26 verlaufen wie folgt. Jede entsprechende Leitung in der Palette 21 ist- einem federbelasteten Stift 28 zugeführt. Dieser berührt eine im hülsenförmigen Träger 22 eingelassene Kontaktschiene, die über einen jeweiligen elektrischen Leiter 29 mit der betreffenden Baueinheit im Modul 26 verbunden ist. In der Figur 2 ist als Beispiel die Verbindung für die Steuereinheit 11 über den Stift 28 und dem elektrischen Leiter 29 illustriert. Die elektrische Verbindung zwischen dem Modul 10 und der Inneneiektrode 16 erfolgt über einen Kontaktstern mit blattfederartigen Leitern 32. Es wird nun Bezug auf die Figuren 4-8 genommen, welche mittels der Steuervorrichtung 10 erzeugbare Änderungen zum gesteuerten Erzeugen einer Ionenfreisetzung illustrieren.

Figur 4 zeigt eine Betriebsart, bei welcher eine Ionenfreisetzung in Umgebungsluft erzeugt wird. Dabei sollen die Koronaden durch eine diffuse Elektrodenemission Sauerstoff-Cluster erzeugen. Damit ergibt sich

eine Reinigung und Entkeimung der Luft. Die Sauerstoffmoleküle vernichten Keime und binden Geruchsmoleküle, Schadstoffe und Feststoffe. Die Feststoffe können in einem weiteren, an sich bekannten Arbeitsschritt ausge- filtert werden. Zur Bildung der Sauerstoff-Cluster ist eine Spannung von maximal 3000 V. zulässig. Bei höheren Spannungen wird auch Ozon (O3) gebildet, welches für den Menschen schädlich hist. Somit ist diese Betriebsart für eine Behandlung von Umgebungsluft bestimmt, die mit Men- sehen in Kontakt kommt.

Dementsprechend wird durch das Steuergerät eine sekundäre Spannung von +3000 V erzeugt, mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz, je nach der primären Frequenz. Wenn 3000 V überschritten wird, wird durch das Ozonalarmgerät 12 ein Warnsignal abgegeben.

Jedoch ist es auch möglich, zur Reinigung von Umgebungsluft gezielt Ozon zu erzeugen, wobei diese Umgebungsluft nicht mit dem Menschen in Berührung kommt, z.B. um in einer industriellen Anlage Keime abzutöten und ver- unreinigende Feststoffe zu binden.

Für eine solche Anwendung wird die Wechselspannung auf über 3000 V, bei dieser Ausführung auf 4000 V, 50 oder 60 Hz geregelt.

Figur 5 zeigt eine Betriebsart für eine Gas- reinigung in einer Atmosphäre, in welcher keine Umgebungsluft vorhanden ist. Ein solcher Fall tritt in der Industrie auf, beispielsweise wenn ein Industriegas wie Stickstoff oder Argon ionisiert werden soll. Dazu wird die positive Spannung um 1000 V auf 4000 V erhöht. Dabei wir, wie es dem Fachmann bekannt ist, "die X-Achse verschoben", so dass hier die negative Spannung -2000 V beträgt.

Figur 6 zeigt eine Betriebsart, bei welcher leichte, flüchtige Gase ionisiert werden, wieder um Keime zu vernichten und Feststoffpartikel zu binden. Diese Betriebsart kann in einer Atmosphäre mit oder ohne Umgebungsluft zur Anwendung kommen. Es können im Falle von

Umgebungsluft leichte und flüchtige Gase, ohne O2 zu ionisieren, ionisiert werden. Alternativ, falls die Atmosphäre keine Umgebungsluft enthält, kann mit einer tieferen Spannung, z.B. +2000 V gearbeitet werden, bei -4000 V.

Figur 7 zeigt eine Betriebsart mit verhält- nismässig geringen Spannungen, z.B. +2000 V und -2000 V. Es wird also mit einer geringeren Energie gearbeitet. Die Verminderung im Vergleich' mit z.B. der Figur 4 ist mit den Pfeilen 30 und 31 angedeutet. Auch hier erfolgt eine Ionisierung zum Vernichten von Keimen und zum Bilden von ausfiltrierbaren Feststoffen. Angewendet wird diese Betriebsart wieder bei leichten und flüchtigen Gasen.

Figur 8 zeigt eine Betriebsart mit einer er- höhten Frequenz (bis 30 ¹ OOO Hz), jedoch auch wieder mit einer Spannung von z.B. +3000 V. Bei einer solchen erhöhten Frequenz ergibt sich eine erhöhte Elektronendichte, d.h. die Menge der freigesetzten Elektronen wird über die Frequenz erhöht. Damit kann das Röhrenknistern unhörbar gemacht werden. Selbstredend kann die Frequenz der Betriebsarten nach den Figuren 4-7 im selben Sinne geändert werden.

Die verschiedenen Formen der Energieversorgung zu den Elektroden 16,17 werden in der Steuervorrich- tung 10 erzeugt, in welcher der vom Transformator 9 ein- gespiesene Primärstrom von 4000 V und 50 oder 60 Hz in entsprechenden elektronischen Modulen in der Steuervorrichtung 10 nach der durchzuführenden Energieversorgung umgewandelt wird. Solche elektronische Module mit den da- zugehörigen Schaltkreisen sind in der Fachwelt bekannt und müssen daher nicht im Detail beschrieben werden.

Was für ein Modul eingesetzt wird, hängt von der Aufgabe der Anlage, z.B. Betrieb nach einem gemäss den Fig. 4-8 ab. Die Arbeitsweise wird von der Kontroll- einheit 27 her festgelegt, bei welcher auch, wie erwähnt, die Anzeige und Überwachungseinheiten 11-13 angeordnet

sind, bei welcher Kontrolleinheit eine Bedienungsperson die entsprechenden Vorgehen eingibt.-

Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Uiαfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.