DE20315341U1

DE20315341U1 - Einstellbarer Elektrostatischer Filter mit Wirbelbewegung

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Publication number: DE20315341U1
Application number: DE20315341U
Authority: DE
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2013-10-07
Also published as: TWI220654B; JP2005021877A; TW200502045A; US20050000361A1; US6962620B2

Abstract

Einstellbarer elektrostatischer Filter, aufweisend:
einen Hauptkörper mit einem Innenraum, in dem eine Luftleitplatte angebracht ist, einem Einlaß für Luft und einem Auslaß für Luft;
eine Elektrodenanordnung nahe am Einlaß zum Ionisieren von Luft und darin enthaltener schwebender Partikel;
eine einstellbare Öffnung am Auslaß mit einer einstellbaren Apertur; und
eine Ausscheideeinrichtung, die an eine Hochvolt-Vorspannung angeschlossen ist, um ionisierte Partikel zu adsorbieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen einstellbaren elektrostatischen Filter, insbesondere einen einstellbaren elektrostatischen Filter, der durchströmende Luft in eine Wirbelbewegung versetzt, Partikel darin ionisiert und diese nach Größe und Ladung einstellbar in einer Zone sammelt.
Konventionelle elektrostatische Filter sammeln Staubpartikel nicht wirksam ein, wodurch hohe Kosten durch Abnutzung und notwendige Wartung entstehen. Das Einsammeln von Staubpartikeln in gewöhnlichen Staubbehältern ist wünschenswert. Ferner ist das Sammeln von Schwebeteilchen für Luftproben von großem Wert.
Schwebeteilchen in der Luft, die einem elektrostatischen Feld ausgesetzt sind, kollidieren mit Ionen, werden dadurch selbst ionisiert und lassen sich leicht an einer Oberfläche einsammeln, die das Entweichen geladener Partikel verhindert.
In den Patentpublikationen JP2002-92014 , US2002/0017194A1 , US2002/0029690A1 , US6090189 und US6267802 werden elektrostatische Filter für die Anwendung in großen Werkstätten beschrieben.
Im einzelnen lehrt US-Patent Nr. 6090189 einen elektrostatischen Filter, der eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine Spule aufweist. Die erste Elektrode ist geerdet, und die zweite Elektrode ist an ein positives Potential angeschlossen. Heim Eintritt in die Spule wird Luft ionisiert und von der positiv geladenen zweiten Elektrode adsorbiert, so daß die Luft von Staubpartikeln gereinigt wird.
US-Patentpublikation 2002/0029690A1 lehrt inen elektrostatischen Filter, der mit einem Fanggitter versehen ist. Heranströmende ionisierte Partikel werden vom Fanggitter festgehalten. Durch Klopfen an das Fanggitter fallen die Partikel in einen darunter angebrachten Auffangbehälter.
Die in den vorstehend erwähnten Publikationen beschriebenen Apparate arbeiten nach gleichen oder ähnlichen Prinzipien, um Staubpartikel einzusammeln. Diese Apparate sind jedoch nur für Umgebungen mit einer hohen Dichte vergleichsweise großer Staubpartikel geeignet. In Umgebungen mit einer geringeren Durchsetzung von Staubpartikeln, etwa Wohnräumen, Büros und reinen Produktionsstätten reduzieren die beschriebenen Apparate Staubpartikel nicht mehr wirksam. In Wohnräumen haben Schwebepartikel typischerweise Größen von 1 ?m bis l0 ?m und bewegen sich mit der Luftströmung mit.
Luftreiniger in Wohnräumen ionisieren Luft durch eine einzige Spitzenelektrode. Eine im Luftstrom dahinter liegende elektrisch geladene Platte adsorbiert geladene Partikel. Dies erlaubt eine für die meisten Fälle zufriedenstellende Reinigung der Luft, ein sortiertes Ausscheiden von Partikeln ist jedoch damit nicht möglich.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrostatischen Filter zu schaffen, der geladene Staubpartikel an einem bestimmten Ort sammelt. Dazu weist die vorliegende Erfindung einen Hauptkörper mit einer schraubenförmigen Luftleitplatte im Innern auf, wobei Luft von einem EinlaB mit einer ionisierenden Elektrodenanordnung unter einer Wirbelbewegung zu einem Auslaß befördert wird und am Auslaß ionisierte Partikel eingesammelt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrostatischen Filter zu schaffen, der geladene Staubpartikel gemäß ihrer Größe und elektrischen Ladung sammelt. Dazu weist die vorliegende Erfindung eine einstellbare Öffnung am Auslaß und eine Ausscheideeinrichtung auf, die mit einer Hochvolt-Vorspannung verbunden ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrostatischen Filter mit einstellbarer Sammelrate geladener Staubpartikel gemäß ihrer GröBen- und Ladungsverteilung zu schaffen. Dazu weist die vorliegende Erfindung einen Ventilator am Einlaß oder Auslaß . zur Steuerung der Durchflußrate und Geschwindigkeit von Luft auf.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.
Wie in 1 – 5 gezeigt, weist der einstellbare elektrostatische Filter der vorliegenden Erfindung im wesentlichen auf: einen Hauptkörper 10; eine Elektrodenanordnung 20; eine einstellbare Öffnung 30; eine Ausscheideeinrichtung 40; und einen Ventilator 50.
Der Hauptkörper 10 hat ein oberes Ende, ein unteres Ende, eine vertikale Hauptachse und einen Innenraum, der wie ein auf den Kopf gestellter stumpfer Kegel geformt ist. Am oberen Ende befindet sich ein Einlaß 12 von relativ großem Durchmesser, am unteren Ende befindet sich ein Auslaß 13 von relativ geringem Durchmesser. Eine Luftleitplatte 11 ist an einer peripheren Fläche des Innenraums des Hauptkörpers 10 angebracht.
Die Elektrodenanordnung 20 ist nahe am Einlaß 12 angebracht und sorgt dafür, daß vorbeiströmende Luft ionisiert wird. Die Elektrodenanordnung 20 wird durch einzelne Spitzenelektroden 21 oder durch zahnstangenförmige Körper 22 mit gezackten Oberflächen gebildet.
Die einstellbare Öffnung 30 liegt am Auslaß 13 und besteht aus einer Vielzahl runder Plättchen 31. Jedes der runden Plättchen 31 trägt einen Fixbolzen 311 sowie einen gegenüberliegenden bewegten Bolzen 312. Jeder der Fixbolzen 311 befindet sich in einer festen Position am unteren Ende des Hauptkörpers 10. In jedem der runden Plättchen 31 umkreist der bewegte Bolzen 312 in einem Sektor den Fixbolzen 311. Dies erlaubt, eine Apertur 313 der einstellbaren Öffnung 30 ähnlich einer Irisblende zu steuern. In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die einstellbare Öffnung 30 zwei absorbierende Plättchen 32, die linear gleitend zwischen zwei parallelen Schienen 33 gelagert sind, wodurch eine spaltförmige Apertur 34 der einstellbaren Öffnung 30 eingestellt wird. Die Apertur 313, 34 der einstellbaren Öffnung 30 bestimmt die Transmission ionisierter Partikel je nach ihrem Abstand zur Hauptachse und erlaubt so eine Sortierung von Partikeln.
Die Ausscheideeinrichtung 40 ist mit einer Hochvolt-Vorspannung verbunden, um ionisierte Partikel zu adsorbieren, und trägt einen Deckel 41, an dem ionisierte Partikel adsorbiert werden. Die Ausscheideeinrichtung 40 ist unterhalb der einstellbaren Öffnung angebracht, wobei eine dazwischenliegende Lücke variabler Weite verbleibt. Dies erlaubt das Optimieren des Einsammelns von Partikeln.
Der Ventilator 50 ist am Einlaß 12 oder am Auslaß 13 montiert und steuert Durchsatz sowie Geschwindigkeit durchströmender Luft. Durch den Einlaß 12 in den Innenraum des Hauptkörpers 10 eindringende und an der Elektrodenanordnung 20 vorbeiströmende Luft wird aufgrund der schraubenförmigen Gestalt der Luftleitplatte 11, unterstützt durch den sich verengenden Innenraum des Hauptkörpers 10, in eine Wirbelbewegung versetzt. Die Wirbelbewegung der Luft sorgt dafür, daß darin enthaltene Partikel je nach deren Masse und Ladung nach außen getragen werden. Dadurch kommt es zu einer Korrelation von Größen von Partikeln und deren Abständen von der Hauptachse. Durch Einstellen der Apertur 313 lassen sich Partikel jenseits eines bestimmtem Abstands von der Hauptachse blockieren und werden nicht eingesammelt. Zusätzlich läßt sich das Einsammeln ionisierter Partikel steuern durch Variieren des Abstands zwischen der einstellbaren Öffnung 30 und der Ausscheideeinrichtung 40. Die Vorspannung an der Ausscheideeinrichtung 40 sorgt für die Adsorption ionisierter Partikel auf dieser. Die Ausscheideeinrichtung 40 ist wie ein Zylinder geformt und hat einen Mitteldraht, die an die Vorspannung angeschlossen ist, um die Adsorption ionisierter Partikel zu erreichen.
Obwohl die vorliegende Erfindung nur von einem elektrostatischen Feld Gebrauch macht, wie in 2 gezeigt, wird ein zum Einsammeln von Partikeln ausreichender Luftstrom erzeugt. Der am Einlaß 12 oder Auslaß 13 montierte Ventilator 50 beeinflußt die Größenverteilung eingesammelter Partikel durch das Steuern von Durchsatz und Geschwindigkeit des Luftstroms.
Die vorliegende Erfindung bietet folgende Vorteile:

1. Geringe Kosten und einfache Wartung durch rein elektrostatische Filterung.
2. Geringes Arbeitsgeräusch, geringe Leistungsaufnahme.
3. Wirksames Einsammeln von Partikeln gemäß deren Größe durch eine Wirbelbewegung des Luftstroms.
4. Einfaches Steuern des Einsammelns von Partikeln durch Einstellen einer Apertur.
5. Variable Position des Ventilators.

Wie in 6 gezeigt, weist in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Hauptkörper 10 einen zylinderförmigen Innenraum und entsprechend eine Luftleitplatte 11a von konstantem Durchmesser auf, wodurch sich der Aufbau vereinfacht.
Wie in 7 gezeigt, weist in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Hauptkörper 10 eine Luftleitplatte 11b auf, die weniger als eine Schraubenwindung umfaßt, wodurch Produktionskosten gesenkt und das Reinigen erleichtert werden.
Wie in 8 gezeigt, weist in einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Elektrodenanordnung 20 ein Gitter 23 auf, welches den Einlaß 12 bedeckt, wodurch wirksamere Ionisierung von Partikeln erreicht wird.
Die vorangegangene Erläuterung der vorliegenden Erfindung ist, obwohl sie die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung an Hand einer detaillierten Struktur- und Funktionsbeschreibung erklärt, nur illustrativ zu verstehen. Änderungen im Detail, insbesondere bezüglich Größe, Form und Anordnung von Teilen sind durchführbar in dem Rahmen, der durch die folgenden Schutzansprüche abgesteckt ist.
1 ist eine perspektivische schematische Ansicht des einstellbaren elektrostatischen Filters der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische schematische Ansicht des einstellbaren elektrostatischen Filters der vorliegenden Erfindung im demontierten Zustand.
3 ist eine schematische Ansicht der Elektrodenanordnung der vorliegenden Erfindung in einem Ausführungsbeipiel mit einzelnen Spitzenelektroden.
4 ist eine schematische Ansicht der Elektrodenanordnung der vorliegenden Erfindung in einem Ausführungsbeipiel mit zahnstangenförmiqen Elektroden.
5 ist eine perspektivische schematische Ansicht des einstellbaren elektrostatischen Filters der vorliegenden Erfindung im demontierten Zustand mit einer spaltförmigen Apertur.
6 ist eine perspektivische schematische Ansicht des Hauptkörpers der vorliegenden Erfindung im zweiten Ausführungsbeispiel.
7 ist eine perspektivische schematische Ansicht des Hauptkörpers der vorliegenden Erfindung im dritten Ausführungsbeipiel.
8 ist eine perspektivische schematische Ansicht des einstellbaren elektrostatischen Filters der vorliegenden Erfindung im vierten Ausführungsbeipiel im demontierten Zustand.

Claims

Einstellbarer elektrostatischer Filter, aufweisend: einen Hauptkörper mit einem Innenraum, in dem eine Luftleitplatte angebracht ist, einem Einlaß für Luft und einem Auslaß für Luft; eine Elektrodenanordnung nahe am Einlaß zum Ionisieren von Luft und darin enthaltener schwebender Partikel; eine einstellbare Öffnung am Auslaß mit einer einstellbaren Apertur; und eine Ausscheideeinrichtung, die an eine Hochvolt-Vorspannung angeschlossen ist, um ionisierte Partikel zu adsorbieren.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei ein Ventilator am Einlaß oder am Auslaß montiert ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei der Innenraum des Hauptkörpers die Form eines stumpfen Kegels hat und die Luftleitplatte schraubenförmig mit sich verjüngendendem Durchmasser ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei der Innenraum des Hauptkörpers zylinderförmig ist und die Luftleitplatte schraubenförmig mit konstantem Durchmasser ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei die einstellbare Öffnung eine Irisblende mit einstellbarer Apertur ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei die einstellbare Öffnung eine Schlitzblende mit einstellbarer Apertur ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 6, wobei die einstellbare Öffnung mit absorbierenden, linear zwischen parallelen Schienen gleitenden Plättchen versehen ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenanordnung aus einzelnen Spitzenelektroden besteht.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenanordnung aus zahnstangenförmigen Elektroden besteht.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenanordnung mit einem Gitter versehen ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei die Ausscheideeinrichtung eine flache, dem Hauptkörper zugewandte Oberfläche hat.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Ansprüch 1, wobei die Ausscheideeinrichtung wie ein stumpfer Kegel geformt ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei die Ausscheideeinrichtung wie ein Zylinder geformt ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 5, wobei die einstellbare Öffnung mit einer Vielzahl runder Plättchen versehen ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 14, wobei jedes der runden Plättchen einen in fester Position am Hauptkörper liegenden Fixbolzen und einen diesen in einem Sektor umkreisenden bewegten Bolzen trägt, so daß sich die Apertur einstellen läßt.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 13, wobei die Ausscheideeinrichtung mit einem achsialen, an Hochspannung angeschlossenen Draht versehen ist.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 1, wobei die Luftleitplatte wenigstens eine Schraubenwindung umfaßt.
Einstellbarer elektrostatischer Filter nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Elektroden der Elektrodenanordnung auf einen Abschnitt der Luftleitplatte gesetzt sind, der sich nahe am Einlaß befindet.