Title:
Method and device for enriching a gas medium with ions
Kind Code:
A2


Abstract:
The method involves feeding the gaseous medium (x') in via an input channel (1) into a hollow body in which at least one electrode (10) is arranged to be electrically isolated with respect to hollow body (16), feeding a high voltage of defined polarity to the electrode and passing the gaseous medium past the electrode then passing it out of the hollow body. - AN INDEPENDENT CLAIM is also included for a device for enriching a gaseous medium with ions.



Inventors:
Hecht, Dieter (CH)
Application Number:
EP20040026905
Publication Date:
05/18/2005
Filing Date:
11/12/2004
Assignee:
Schuermann, Thomas (CH)
International Classes:
H01T23/00; (IPC1-7): H01T23/00
European Classes:
H01T23/00
View Patent Images:



Foreign References:
WO2000038288A1
5121286
20030011956
4333123
DE9315057U1
DE2658287A1
DE2622749A1
Attorney, Agent or Firm:
Troesch Scheidegger Werner AG (8126 Zumikon, CH)
Claims:
1. Verfahren zur Anreicherung eines gasf·ormigen Mediums (x') mit Ionen unter Verwendung von Elektroden (10), dadurch gekennzeichnet, dass das gasf·ormige Medium (x') ·uber einen Eingangskanal (1) einem Hohlk·orper (16) zugef·uhrt wird, in welchem mindestens eine Elektrode (10) elektrisch isoliert gegen·uber dem Hohlk·orper (16) im Innern des Hohlk·orpers (16) angeordnet ist, die Elektrode (10) mit einer definierten Polarit·at mit Hochspannung gespeist wird und das gasf·ormige Medium (x') an der Elektrode (10) vorbeigef·uhrt wird und danach aus dem Hohlk·orper (16) abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gasf·ormige Medium (x') mittels eines Gebl·ases ·uber den Eingangskanal (1) dem Hohlk·orper (16) zugef·uhrt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als gasf·ormiges Medium (x') Luft eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Anspr·uche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektroden (10) eingesetzt werden, wobei jede Elektrode (10) mit einer Hochspannung derselben Polarit·at gespeist wird.

5. Verfahren nach einem der Anspr·uche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektroden (10) eingesetzt werden, wobei jede Elektrode (10) mit einer Hochspannung unterschiedlicher Polarit·at gespeist wird.

6. Verfahren nach einem der Anspr·uche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlk·orper (16) in doppelwandiger Ausf·uhrung eingesetzt wird, vorzugsweise mit zwei koaxial angeordneten Rohren (5;8), wobei die beiden Wandungen des doppelwandigen Hohlk·orpers (16) voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der Anspr·uche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hochspannung im Bereich zwischen 2'000 V und 10'000 V, vorzugsweise zwischen 2'000 V und 3'000 V zur Speisung der Elektroden (10) eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Anspr·uche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Passieren der Elektroden (10) das gasf·ormige Medium (x') mit einer Fl·ussigkeit, vorzugsweise mit Wasser, angereichert resp. befeuchtet wird.

9. Verfahren nach einem der Anspr·uche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung der Hochspannung unter Verwendung einer im Durchflussbereich des gasf·ormigen Mediums (x') nachfolgend nach den Elektroden (10) angebrachten Sonde erfolgt, vorzugsweise einer Ionensonde und/oder einer Feldst·arkenmesssonde.

10. Vorrichtung zur Anreicherung eines gasf·ormigen Mediums (x') mit Ionen unter Verwendung von Elektroden (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Hohlk·orper (16) aufweist, in welchem eine oder mehrere Elektroden (10) angeordnet sind, welche jeweils eine Leitung (11) zur Speisung mit Hochspannung aufweisen, und dass der Hohlk·orper (16) einen Eingangskanal (1) und eine Ausgangs·offnung zur Durchf·uhrung des gasf·ormigen Mediums (x') aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlk·orper (16) aus einem doppelwandigen Rohr, vorzugsweise mit rundem Querschnitt, gebildet ist, wobei die beiden Rohrw·ande (5;8) voneinander elektrisch isoliert sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das doppelwandige Rohr aus Stahl besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Anspr·uche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangskanal (1) elektrisch isoliert mit dem Hohlk·orper (16) verbunden ist, vorzugsweise mittels einer elektrisch isolierenden Schelle (4) .

14. Vorrichtung nach einem der Anspr·uche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von mehreren Elektroden (10) diese in einer Querschnittsfl·ache des Hohlk·orpers (16) liegend angeordnet sind, vorzugsweise regelm·assig ·uber die Querschnittsfl·ache verteilt angeordnet.

15. Vorrichtung nach einem der Anspr·uche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10) gegen·uber der Innenseite resp. Innenwand (5) des Hohlk·orpers (16) elektrisch isoliert angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Anspr·uche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10) mit einer gemeinsamen oder unterschiedlichen Speisung mit jeweils gleich oder unterschiedlich definierter Polarit·at verbunden sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung eine Spannung zwischen 2'000 V und 10'000 V, vorzugsweise zwischen 2'000 V und 3'000 V bereitstellt.

18. Vorrichtung nach einem der Anspr·uche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im oder vor dem Eingangskanal (1) ein Gebl·ase angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Anspr·uche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Ende der Ausgangs·offnung ein Gitter (15) angeordnet ist, vorzugsweise den gesamten Ausgangs·offnungsquerschnitt ·uberspannend.

20. Vorrichtung nach einem der Anspr·uche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Eingangskanal (1) und/oder Ausgangs·offnung eine Einrichtung zur Zufuhr einer Fl·ussigkeit angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Anspr·uche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hohlk·orper (16) nacheinander in Serie angeordnet sind.

22. Durchf·uhrung des Verfahrens nach einem der Anspr·uche 1 bis 9 oder Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Anspr·uche 10 bis 21 in der Kunststoff-, Pharma-, Textil-, Druck-, Lebensmittel- oder Elektroindustrie, in der Reinraum- oder Medizinaltechnik.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung eines gasf·ormigen Mediums nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 10.

In einem gasf·ormigen Medium, wie beispielsweise Luft, befindliche Ionen werden unter anderem dazu benutzt, elektrostatische ·Uberschussladungen auf nichtleitenden Oberfl·achen auszugleichen oder zu beseitigen, Prozesse elektrostatisch neutral zu gestalten und/oder das gasf·ormige Medium, beispielsweise eine gr·ossere Luftwolke, so mit Ionen anzureichern, dass das Wohlbefinden von Lebewesen verbessert wird.

Es sind Systeme bekannt, mit denen Ionen mittels Elektroden erzeugt werden, die an ein Hochspannungsger·at angeschlossen sind. Bekannte Systeme sind Ionisationsst·abe und Ionisations-Blassysteme. Die Erzeugung von Ionen mittels dieser technischen Einrichtungen weist allerdings den Nachteil auf, dass die Ionen nur ·uber eine kurze Distanz von wenigen Zentimeter sicher ·ubertragen werden k·onnen, eine sehr kurze Lebensdauer von meist unter 1 Sekunde aufweisen und zudem aufgrund der f·ur die Erzeugung der Ionen verwendeten hohen Spannungen von bis zu 20'000 V Ozon erzeugt wird, das f·ur Lebewesen sch·adliches resp. giftig ist und eine sehr lange Lebensdauer aufweist.

Ausserdem bewirkt der Einsatz solcher herk·ommlicher Elektroden eine ungleichm·assige Verteilung der Ionen, so dass die elektrostatischen ·Uberschussladungen auf den nichtleitenden Oberfl·achen nicht gleichm·assig beseitigt werden, sondern Restladungen bestehen bleiben und/oder sich sogar teilweise neue ·Uberschussladungen bilden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren resp. eine Vorrichtung zu finden, welche eine ausreichende Erzeugung und m·oglichst gleichm·assige Verteilung von Ionen ·uber eine gr·ossere Distanz in einem gasf·ormigen Medium, beispielsweise in Luft, erm·oglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgem·ass durch ein Verfahren nach den Merkmalen von Anspruch 1 gel·ost. Weitere, erfindungsgem·ass bevorzugte Ausf·uhrungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der Anspr·uche 2 bis 9.

Das gasf·ormige Medium wird erfindungsgem·ass ·uber einen Eingangskanal einem Hohlk·orper zugef·uhrt, in welchem mindestens eine Elektrode elektrisch isoliert gegen·uber dem Hohlk·orper im Innern des Hohlk·orpers angeordnet ist. Die eine oder vorzugsweise mehrere Elektroden werden mit einer definierten Polarit·at mit Hochspannung gespeist. Damit wird das gasf·ormige Medium an der resp. den Elektroden vorbeigef·uhrt und mit Ionen angereichert und danach aus dem Hohlk·orper ·uber eine Ausgangs·offnung abgeleitet. Dies erfolgt vorteilhaft in Form einer gr·osseren Wolke mit einer im Vergleich zu herk·ommlichen Vorrichtungen wesentlich gr·osseren Ausdehnung.

Diese Wolke kann nun beispielsweise ·uber eine gr·ossere Oberfl·ache mit einer elektrostatischen ·Uberschussladung geleitet werden und damit diese ·Uberschussladung neutralisiert, verst·arkt oder gar deren Polarit·at ge·andert wird.

Vorzugsweise wird das gasf·ormige Medium mittels eines Gebl·ases ·uber den Eingangskanal dem Hohlk·orper zugef·uhrt.

Damit wird ein regelbarer Strom des gasf·ormigen Mediums erzielt, und je nach Anwendung kann damit die Menge des gasf·ormigen Mediums resp. Gr·osse der resultierenden Wolke beeinflusst resp. in gewissen Grenzen eingestellt werden.

Vorzugsweise wird als gasf·ormiges Medium Luft eingesetzt. Diese Luft kann elektrisch leitf·ahig sein oder eine partikelfreie, beispielsweise aus einem Reinraum stammende nicht elektrisch leitf·ahige Luft sein. Daneben kann es sich aber auch um ein anderes, geeignetes Gas oder Gas-Luftgemisch handeln. Bei allen Anwendungen hat die relative Luchtfeuchtigkeit keine Relevanz auf die Leitf·ahigkeit des gasf·ormigen Mediums.

Vorzugsweise werden mindestens zwei Elektroden eingesetzt, wobei jede Elektrode mit einer Hochspannung derselben Polarit·at gespeist wird. Damit wird eine Verst·arkung der Anreicherung mit Ionen in einer Vorrichtung erzielt.

Alternativ werden die eingesetzten zwei oder mehrere Elektroden mit unterschiedlichen Polarit·aten und Spannungen gespiesen.

Vorzugsweise wird ein Hohlk·orper mit doppelwandigem Rohr eingesetzt, wobei die beiden Wandungen des doppelwandigen Rohres voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind. Diese Ausgestaltung des Hohlk·orpers hat sich als besonders geeignet erwiesen. Beispielsweise wird er durch Anordnung von zwei koaxial zueinander angeordneten Rohren mit unterschiedlichem Durchmesser erreicht, welche mittels Ringen miteinander verbunden sind. Diese Ringe sind aus elektrisch nicht leitendem Material und vorteilhaft jeweils an den Stirnseiten der beiden Rohre angeordnet.

Vorzugsweise wird eine Hochspannung im Bereich zwischen 2'000 V und 10'000 V zur Speisung der Elektroden eingesetzt, vorzugsweise zwischen 2'000 V und 3'000 V. Vorteilhaft gelingt die Ionisation des gasf·ormigen Mediums bereits mit einer derart verh·altnism·assig tiefen Spannung, womit die Bildung von Ozon verhindert wird.

Vorzugsweise wird nach dem Gebl·ase, aber noch vor dem Passieren der Elektroden das gasf·ormige Medium mit einer Fl·ussigkeit, vorzugsweise mit Wasser, angereichert resp. befeuchtet. Dabei kann es sich um normales Leitungswasser handeln oder auch um elektrisch nicht leitf·ahiges Wasser wie beispielsweise bereits ionisiertes, deionisiertes Wasser oder Osmosewasser.

Vorzugsweise erfolgt eine Regelung der Hochspannung unter Verwendung einer im Durchflussbereich des gasf·ormigen Mediums nachfolgend nach den Elektroden angebrachten Sonde. Damit l·asst sich sowohl der Grad der Ionisation automatisch auf einen bestimmten resp. geforderten Wert einstellen. Vorzugsweise erfolgt dies mit einer Ionensonde und/oder einer Feldst·arkenmesssonde.

Weiter wird die Aufgabe erfindungsgem·ass durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 10 gel·ost. Weitere, erfindungsgem·ass bevorzugte Ausf·uhrungsformen der Vorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der Anspr·uche 11 bis 21.

Erfindungsgem·ass weist die Vorrichtung einen Hohlk·orper auf, in welchem eine oder mehrere Elektroden angeordnet sind, welche jeweils eine Leitung zur Speisung mit Hochspannung aufweisen. Weiter weist der Hohlk·orper einen Eingangskanal und eine Ausgangs·offnung zur Durchf·uhrung des gasf·ormigen Mediums auf. Durch diese Anordnung kann die Bildung einer im Verh·altnis zu herk·ommlichen Vorrichtungen wesentlich gr·ossere Abmessungen aufweisenden mit Ionen angereicherten Wolke erfolgen. Diese Wolke kann auch einfach auf damit zu beeinflussende Oberfl·achen geleitet werden.

Vorzugsweise ist der Hohlk·orper aus einem doppelwandigen Rohr, vorzugsweise mit rundem Querschnitt, gebildet. Dabei sind die beiden Rohrw·ande voneinander elektrisch isoliert angeordnet. Dies kann beispielsweise unter Verwendung von elektrisch nicht leitenden Isolationsringen erfolgen.

Vorzugsweise besteht das Rohr aus Stahl. Damit l·asst sich die Vorrichtung mit einfachen Mitteln herstellen und ist nicht anf·allig auf Korrosion, insbesondere wenn ein nicht rostender Stahl verwendet wird.

Vorzugsweise ist der Eingangskanal elektrisch isoliert mit dem Hohlk·orper verbunden, vorzugsweise mittels einer Schelle. Damit l·asst sich der Eingangskanal beispielsweise zu Wartungszwecken einfach vom Hohlk·orper trennen.

Vorzugsweise sind bei der Verwendung von mehreren Elektroden diese in einer Querschnittsfl·ache des Hohlk·orpers liegend angeordnet sind. Dabei sind die Elektroden vorzugsweise regelm·assig ·uber die Querschnittsfl·ache verteilt angeordnet. Damit wird eine gleichm·assige Anreicherung de durchstr·omenden gasf·ormigen Mediums erreicht, was schliesslich in einer eine homogene Dichte resp. Verteilung von Ionen aufweisende Wolke am Ausgang der Vorrichtung bewirkt.

Vorzugsweise sind die Elektroden gegen·uber der Innenseite resp. Innenwand des Hohlk·orpers elektrisch isoliert angeordnet.

Vorzugsweise sind die Elektroden mit einer gemeinsamen Speisung mit einer definierten Polarit·at verbunden. Vorteilhaft l·asst sich dabei die Polarit·at der Speisung einstellen, resp. f·ur unterschiedliche Anwendungen auch umkehren.

Vorzugsweise stellt die Speisung eine Spannung zwischen 2'000 V und 10'000 V bereit, vorzugsweise zwischen 2'000 V und 3'000 V. Vorteilhaft gen·ugt bereits diese im Vergleich zu herk·ommlichen Vorrichtungen geringe Spannung zur Anreicherung des gasf·ormigen Mediums mit Ionen, wobei damit vorteilhaft auch die Bildung von Ozon bei der Verwendung von Luft als gasf·ormiges Medium verhindert wird.

Vorzugsweise ist im oder vor dem Eingangskanal ein Gebl·ase angeordnet. Vorteilhaft wird die Leistung d.h. die Durchflussmenge ·uber eine Steuerung eingestellt, entweder manuell oder ·uber eine Regelung automatisch, auf einen bestimmten oder geforderten Wert.

Vorzugsweise ist im oder am Ende der Ausgangs·offnung ein Gitter angeordnet, vorzugsweise den gesamten Ausgangs·offnungsquerschnitt ·uberspannend. Damit wird verhindert, dass w·ahrend dem Betrieb der Vorrichtung in den Bereich der mit Hochspannung betriebenen Elektroden hineingegriffen wird.

Vorzugsweise ist vor dem Eingangskanal des Hohlk·orpers und/oder Ausgangs·offnung eine Einrichtung zur Zufuhr einer Fl·ussigkeit angeordnet. Damit l·asst sich der Feuchtigkeitsgehalt des gasf·ormigen Mediums einstellen.

Vorzugsweise sind mehrere Hohlk·orper nacheinander in Serie angeordnet. Damit l·asst sich die Wirkung der Ionisation weiter verst·arken resp. einstellen.

Erfindungsgem·ass eignet sich das Verfahren resp. die Vorrichtung in der Kunststoff-, Pharma-, Textil-, Druck-, Lebensmittel- oder Elektroindustrie, in der Reinraum- oder Medizinaltechnik f·ur alle deren technischen Abl·aufe resp. Verfahren.

Ein Ausf·uhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand der einzigen Figur der Zeichnung noch n·aher erl·autert.

In der Figur ist ein Teil des erfindungsgem·assen Systems zur Anreicherung eines gasf·ormigen Mediums mit Ionen im schematischen L·angsschnitt dargestellt. Das System besteht im Wesentlichen aus 3 Abschnitten.

Abschnitt I ist ein System zur Erzeugung des gasf·ormigen Mediums, hier beispielsweise ein Gebl·ase zur Zufuhr von normaler Umgebungsluft.

Abschnitt II ist der erfindungsgem·ass ausgestaltete Hohlk·orper 16, in dem das gasf·ormige Medium x', hier die Luft, mit Ionen einer definierten Polarit·at angereichert wird.

Anschnitt III ist eine Wolke x" des mit Ionen angereicherten gasf·ormigen Mediums x'. Mit dieser Wolke x'' kann ein Austausch von Ionen und Elektronen beispielsweise auf einer Oberfl·ache, in einem Prozess oder im Raum erreicht werden.

Das gasf·ormige Medium x' wird durch den Eingangskanal 1 in das Rohr 5 geblasen, dort mit Ionen angereichert und tritt danach als leitf·ahiges, gasf·ormiges Medium x" aus dem Rohr 5 aus. Das Rohr 5 ist mit dem Abgangsstutzen des Eingangskanals 1 verbunden und wird durch einen elektrisch isolierenden Ring 2 positioniert. Eine starre Verbindung zwischen dem Eingangskanal 1, dem Ring 2 und dem Rohr 5 wird mittels einer Schelle 4 gebildet. Zwischen der Schelle 4 und dem Eingangskanal 1, Ring 2 sowie Rohr 5 ist eine Isolierschicht 3 angeordnet. Auf dem Rohr 5 sind je ein isolierender Ring 6 und ein isolierender Ring 7 befestigt. Die beiden isolierenden Ringe 6 und 7 sind mit einem ·ausseren Rohr 8 verbunden, und bilden zusammen den doppelwandigen Hohlk·orper 16. Die Stirnseite des Rings 7 ist vorteilhaft mit einem Schutzgitter 15 abgedeckt.

Am Rohr 5 ist weiter eine elektrisch isolierende Halterung 9 befestigt. Eine oder mehrere Elektroden 10 sind in der Halterung 9 positioniert. Von jeder Elektrode 10 ist ein Kabel 11 durch je eine Verschraubung 12 zu einem Hochspannungsger·at 13 (nicht dargestellt) gef·uhrt. Die H·ohe der Spannung f·ur die jeweilige Elektrode 10 und die jeweilige Polarit·at sind entweder manuell einstellbar und regelbar oder werden unter Verwendung einer im Durchstr·ombereich des gasf·ormigen Mediums x' am Hohlk·orper 16 angeordneten Sonde 14 (nicht dargestellt) mittels einer Steuerung automatisch auf einen Soll-Wert geregelt.