Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von sauerstoffhaltigen Gasen 1 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zur Behandlung von sauerstoffhaltigen Gasen, insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine Vor richtung zur Behandlung von atmosphärischen Gasen, um eine hohe Ionenausbeute zu erzeugen.
Die Anwendung von begativen Ionen bei medizini schen Behandlungen und die Nutzbarmachung dieses Anwendungsgebietes wurden in gewissem Umfang durch das Fehlen eines Generators für negative Ionen, der zur Erzeugung einer geeigneten Konzentration an negativen Ionen in der Lage ist, behindert. Bekannte Vorrichtun gen, bei Ionen in der üblichen Weise beispielsweise durch radioaktive Bestrahlung und/oder elektrische Beanspru chung eines ionisierbaren Mediums, z.B. von atmosphäri scher Luft erzeugt werden, sind nicht geeignet, hohe lonenkonzentrationen mittels kleiner oder bequem trag barer Geräte zu liefern, die auch im Hause verwendet werden können.
Teilweise ist diese verhältnismässig niedrige Ionenausbeute bei diesen Geräten auf Ionisie- rungskammern oder Zellenkonstruktionen zurückzufüh ren, bei denen die Elektroden die Strömung des ionisier- baren Mediums behindern, oder bei denen die Ionisie- rungs- oder Transportkammern so ausgebildet sind, dass eine weitgehende Rekombination der Ionen stattfin den.
Somit hat die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Gegenstand zur Behandlung eines sauerstoffhalti gen, gasförmigen Mediums zur Erzeugung von Ionen oder von Ozon.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei der mit Hilfe eines Gebläses oder einer Pumpe ein sauer stoffhaltiges gasförmiges Medium durch einen, von einem nichtleitendem Material begrenzten Kanal geleitet wird.
Das obgenannte Verfahren ist erfindungsgemäss da durch gekennzeichnet, dass man das gasförmige Medium in einem kontinuierlichen Strom an einer in dem Strom angeordneten Elektrode und dann mindestens an einer weiteren Elektrode mit einer kleineren Fläche vorbeilei tet, welch letztere seitlich neben dem Strom in einem Abstand von der ersten Elektrode so angeordnet ist, und dass mit Hilfe dieser beiden Elektroden ein elektrisches Feld in dem gasförmigen Medium erzeugt wird.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens geeignete Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine sich mindestens bis zur Mitte des Kanals erstrecken de Elektrode, deren zugespitztes Ende oder zugespitzte Enden in Richtung des Gasstromes zeigen, mindestens eine stromabwärts zur ersten Elektrode in dem Kanal angeordnete zweite Elektrode mit kleiner Fläche, und Einrichtungen zum Anlegen eines Potentials zwischen der ersten und der zweiten Elektrode.
Vorstehend und auch in den nachfolgenden Ausfüh rungen ist von Ionen die Rede. Dieser Ausdruck bezieht sich auf Ionen, die gasförmige Bestandteile der Atmosphäre, beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff und Wasserdampf, darstellen. Durch die beispielsweise Dar stellung einer negativ ionisierten Atmosphäre in der nachstehenden Beschreibung, ist die mögliche Erzeugung einer positiv ionisierten Atmosphäre nicht ausgeschlos sen. Auch die Möglichkeit soll nicht ausgeschlossen werden, dass einige Ionen mit einem bestimmten Vorzei chen in einer Atmosphäre vorhanden sein können, die überwiegend aus Ionen mit dem anderen Vorzeichen besteht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh rungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten: Fig. 1 eine Perspektivansicht (teilweise im Schnitt) eines Gasbehandlungsgerätes; Fig. 2 einen Schnitt durch die Elektrodenanordnung, die in dem Ionengenerator nach Fig. 1 verwendet wird; Figm 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2;
Fig.4 einen Teilaufriss (teilweise herausgebrochen) einer weiteren Ausführungsform eines Gasbehandlungs- gerätes; Fig.5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 von Fig.4; und Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht (teilweise her ausgebrochen) einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur Erzeugung von Ozon geeignet ist. In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Gasen in Form eines Generators für negative Ionen dargestellt, die im allgemeinen mit 10 bezeichnet ist.
Der Ionengenerator enthält einen Strömungskanal, der eine Ionisationszelle oder -kammer darstellt, die im allgemei nen mit 12 bezeichnet ist. Durch die Zelle oder Kammer wird mit Hilfe einer Zentrifugalpumpe oder eines Geblä ses 14 ein Luftstrom oder ein Strom eines anderen ionisierbaren Mediums gedrückt. Die Elektroden in der Ionisierungszelle 12 sind so angeordnet, dass das von der Pumpe oder dem Gebläse 14 kommende Medium ohne wesentliche Turbulenz und Bremsung durch die Kammer 12 fliesst, wobei es zu einem beträchtlichen Grade ionisiert wird und somit eine Quelle von angereicherten Ionen bzw. Ozon geschaffen wird.
Das Zentrifugalgebläse oder die Pumpe 14 stellt eine Einrichtung zur Erzeugung einer Gasströmung dar und enthält eine vorzugsweise mit einem Filter versehene Einlassöffnung 16, durch die Luft in einen Hohlraum der Pumpe oder des Gebläses zugeführt wird. Der Hohlraum enthält ein durch einen Elektromotor 18 angetriebenes Flügelrad. Durch das Flügelrad wird ein nach aussen durch die Ionisierungszelle 12 fliessender Luftstrom erzeugt. Die Zelle ist mit Hilfe eines Flanschteiles, der mit mehreren lösbaren Befestigungsmitteln 20 an einem entsprechenden Flansch 14a am Gehäuse des Gebläses 14 befestigt ist, mit dem Gebläse oder der Pumpe 14 verbunden.
Die Ionisierungszelle 12 enthält einen umgrenzten Strömungskanal, der durch einen zylindrischen röhren förmigen nichtleitenden Körper 22 gebildet ist, der an einem Ende mit dem Ausgang des Gebläses 14 verbun den ist und am anderen Ende eine Austrittsöffnung aufweist, durch die das ionisierte Medium strömt. Die Austrittsöffnung kann mit einem konischen Diffusorende 36 versehen sein.
Die Elektrodenanordnung der Zelle 12 enthält eine mittlere Elektrode 24, die etwa L-förmig ausgebildet ist; sie besteht aus einem vertikalen Schenkel 24a, der an dem nichtleitenden Element 22 befestigt ist, und einem horizontalen Schenkel 24b, der an seinem freien Ende in einer Spitze endet und der sich im allgemeinen längs der Achse des Rohres 22 erstreckt. Zwei weitere Elektroden, die Seitenelektroden 26 und 28, befinden sich an den Wänden des nichtleitenden Teils 22 und liegen einander diametral gegenüber.
Die inneren Enden der Elektroden 26 und 28, die vorzugsweise aus Draht mit geringem Durchmesser bestehen, um Punkt elektroden zu ergeben, sind radial zur Achse des Rohres 22 angeordnet und können etwas vertieft in den Wänden des Rohres 22 angebracht sein, wie es in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist; sie können aber auch bündig mit den Wänden des Rohres 22 abschneiden oder etwas in das Innere des Rohres 22 hineinragen. Auf diese Weise behindern die inneren Enden der Elektroden 26 und 28 die Strömung des ionisierbaren Mediums durch das Rohr 22 nicht, bzw. erzeugen keine nennenswerte Turbulenz.
Die Elek troden 26 und 28 sind vorzugsweise etwas stromabwärts vom freien Ende des horizontalen Schenkels 24b der mittleren Elektrode 24 und etwas vertieft in den Wänden des Rohres 22 angeordnet.
Um die elektrische Beanspruchung des ionisierbaren Mediums durch das Anlegen eines Hochspannungsgra dienten an das durch die Ionisierungszelle 12 fliessende Medium zu bewirken, wird die mittlere Elektrode 24 mit einem regelbaren Anschluss an das Potentiometer 30 angeschlossen, das eine Gleichspannungsquelle, z.B. eine Batterie 32, überbrückt. Selbstverständlich kann diese Gleichstromquelle auch ein elektronischer Stromkreis geeigneter Art sein, z.B. ein Hochfrequenzoszillator mit einer Ausgangsgleichrichterstufe zur Umwandlung der erzeugten Schwingungen in ein Gleichstrompotential.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, die zur Erzeugung von negativen Ionen bestimmt ist, ist die positive Klem me der Batterie 32 oder der Gleichspannungsquelle entweder direkt oder indirekt über eine Netzleitung geerdet, so dass das an der Elektrode 24 anliegende Potential bezüglich der Erde negativ ist. Die anderen Punktelektroden 26 und 28 sind geerdet.
Das Ausmass der Ionenerzeugung im Generator 10 kann vorteilhafterweise mit Hilfe einer Neonlampe 33 angezeigt werden, die zwischen die Elektroden 26 und 28 und die Erde geschaltet ist, wobei ein Kondensator 34 parallel zur Basis der Lampe 33 geschaltet ist, wie es in Fig. 1 angegeben ist. Die Blinkfrequenz der Lampe 33 zeigt das Ausmass der Ionenerzeugung an. Man kann aber auch den Kondensator 34 weglassen; dann ist die relative Helligkeit der Lampe ein Mass für die Ionener- zeugung.
Bei dem Generator 10 wird die Zentrifugalpumpe oder das Gebläse 14 so eingestellt, dass der Luftstrom durch die Ionisierungszelle 12 etwa 283 Liter/min be trägt; das Potentiometer 30 wird so eingestellt, dass ein Potential im Bereich von etwa 6000 bis 8000 Volt an der mittleren Elektrode 24 anliegt, wobei die Seitenelektro den 26 und 28 entweder direkt oder über die Netzleitung mit der Erde verbunden sind.
Unter diesen Betriebsbe dingungen wird durch die Elektrodenanordnung in der lonisierungsstelle ein gleichmässiges elektrisches Feld er zeugt, und die Luftströmung durch die Ionisationszelle 12 erfolgt praktisch ungehindert und ohne Turbulenz. Es wurde festgestellt, dass die in der vorstehend angegebe nen Weise konstruierten Ionengeneratoren 10 nur etwa 4 bis 5 kg wiegen und bei einer Luftströmungsgeschwindig- keit von etwa 170 Liter/min negative Ionen in der Grössenordnung von 1,8 X 10$ je Kubikzentimeter er zeugen.
Bringt man die Konstruktion von Fig. 1 in einem nichtmetallischen Gehäuse, beispielsweise in einem Kunststoffgehäuse, unter, so findet man, dass sich die Ionenausbeute wesentlich erhöhen lässt, wenn man einen geerdeten Ring aus leitendem Material 35 um den durch das Rohr 22 gebildeten Kanal anbringt, der den Austritts teil des Rohres 22 umgibt oder einschliesst, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
Die in den Fig. 4 und 5 angegebene weitere Ausfüh rungsform der Erfindung enthält eine mittlere, etwa F- förmige Elektrode 44, die mit dem vertikalen Schenkel 44a am nichtleitenden Teil 42, der einen Kanal bildet, befestigt ist und zwei horizontal verlaufende Schenkel 44b und 44c, die an ihren freien Enden zugespitzt sind und die im allgemeinen parallel zur Achse des Rohres 42 verlaufen. Die Schenkel 44c und 44b sind etwa Durchmesser von den Wänden des Rohres 42 und voneinander entfernt, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Zwei weitere Elektroden, die geerdeten Seitenelektroden 46 und 48, sind an den Wänden des nichtleitenden Teils 42 angebracht und liegen einander diametral gegenüber.
Sie sind vorzugsweise etwas stromabwärts von den freien Enden der horizontalen Schenkel 44b und 44e angeordnet und liegen etwas vertieft in den Wänden des Rohres 42. Die Elektrode 44 und die Elektroden 46 und 48 sind einander so zugeordnet, dass eine durch die Spitzen 44c und 44b der Elektrode 44 gezogene Linie etwa im rechten Winkel zu einer durch die Elektroden 46 und 48 gezogenen Geraden steht. Man erkennt, dass die Fig.4 und 5 nur eine Teilansicht zeigen und dass die Einzelhei ten des erforderlichen Gebläses und des zwischen die mittlere Elektrode 44 und die Erde geschalteten Hoch spannungskreises, die ähnlich wie in Fig. 1 sein können, aus Gründen der Einfachheit weggelassen wurden.
Die Ionenausbeute ist etwas höher als bei der Ausführungs form nach Fig. 1, wenn man die Elektronenanordnung mit den zwei Spitzen von Fig.4 und 5 verwendet. Ähnliche Ergebnisse erhält man, wenn man eine dritte Spitzenelektrode etwa in der Mitte zwischen den zuge spitzten Teilen 44b und 44c anordnet.
Um mit dem in Fig. 1 angegebenen Gerät Ozon zu erzeugen, muss man die Spannung mit Hilfe des Poten- tiometers 30 einstellen, und die geerdeten Elektroden 26 und 28 müssen so nahe an der mittleren Elektrode 24 durch die Wand des nichtleitenden Teils 22 gehen, dass eine Coronaentladung erzeugt wird; sie dürfen aber nicht so nahe beieinander liegen, dass sich ein Bogen ausbildet. Der genaue Abstand hängt von der angelegten Spannung und der Geschwindigkeit der Luft ab.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass man in der Zelle von Fig. 1 Ozon erzeugen kann, wenn man eine Wechselstrom-Hochspan- nungsquelle anstelle der Gleichstromquelle 32 von Fig. 1 verwendet.
Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung von atmosphärischer Luft zwecks Erzeugung von Ozon, bei der praktisch keine Ionen gebildet werden, ist in Fig. 6 angegeben. Man erkennt, dass Fig. 6 nur eine Teilansicht darstellt und dass alle Einzelheiten des Geblä ses und des Hochspannungsstromkreises, die beide ähn lich wie in Fig. 1 sein können, aus Gründen der Einfach heit weggelassen wurden.
Die in Fig. 6 angegebene An ordnung enthält Einrichtungen, die einen Kanal bilden, z.B. ein Rohr 52, eine mittlere Elektrode 54, zwei geerdete Seitenelektroden 56 und 58. die in den durch das Rohr 52 gebildeten Kanal hineinragen, und einem Elek- trodenteil 60, der in Form zweier im rechten Winkel sich kreuzender Stäbe dargestellt ist. Die Querstäbe vereinigen sich in der Achse des Rohres 52 und gehen quer zu der Richtung des Luftstromes und stromabwärts von den geerdeten Elektroden 56 und 58 durch die Wände des Rohres 52 hindurch. Die Elektrode 60 ist, wie in Fig. 6 angegeben ist, mit der Mittelelektrode 54 verbunden.
Die Elektrode 60 hat also eine Polarität, die die negativen Ionen abstösst und dadurch ihre Geschwindigkeit soweit vermindert, dass sie praktisch vollständig durch die geerdeten Elektroden 56 und 58 eingefangen werden. Obgleich die Elektrode 60 in Form eines Kreuzes dargestellt ist, ist ihre genaue Form nicht kritisch; andere Elektrodenformen, die in der gleichen Weise geschaltet sind, können ähnliche Ergebnisse liefern.
Der Fachmann erkennt aus der Beschreibung einer Ausführungsform des Geräts, dass ein verbessertes Ver fahren zur Behandlung eines sauerstoffhaltigen gasförmi gen Mediums, wie atmosphärischer Luft, erläutert wird, wonach grosse Mengen an negativen oder positiven Ionen oder, falls gewünscht, an Ozon in Abhängigkeit von der Grösse und der Polarität des an den Elektroden anliegen den Potentials gebildet werden.
Dieses Verfahren kann wie folgt zusammengefasst werden: Es wird ein sauer stoffhaltiges, gasförmiges Medium, wie atmosphärische Luft, behandelt, wobei geeignete Einrichtungen, z.B. das hier dargestellte und beschriebene Gerät verwendet wer den, um das gasförmige Medium in kontinuierlichem Strom in einem nichtleitenden (dielektrischen) Medium über eine erste Elektrode, die im Strom liegt, und mindestens eine weitere Elektrode mit kleinerer Fläche, die an einer Seite des Stromes in einem gewissen Abstand zur ersten Elektrode liegt, zu leiten, wobei mit Hilfe der Elektroden ein elektrisches Feld mit hoher Feldstärke an das sauerstoffhaltige gasförmige Medium angelegt wird.
Das Verfahren kann zur Behandlung eines sauerstoffhal tigen gasförmigen Mediums, wie Luft, angewendet wer den, um Ionen mit der gewünschten Polarität zu erzeu gen indem die erste mit dem Medium in Verbindung stehende Elektrode so geschaltet wird, dass sie die gleiche Polarität wie die zu erzeugenden Ionen hat, und die Elektroden mit der kleinen Fläche, die sich an einer Seite des Stromes befinden, geerdet werden.
Dieses Verfahren kann zur Erzielung einer höheren Ionenausbeute etwas abgeändert werden, indem man den Strom zusätzlich durch einen geerdeten elektrisch leiten den Ring leitet, der sich stromabwärts von der Elektrode mit der kleinen Fläche befindet.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann auch zur Erzeugung von Ozon verwendet werden (wobei praktisch keine Ionen erzeugt werden), indem man einen Luftstrom kontinuierlich durch einen umgrenzten Kanal leitet, mit Hilfe einer im Kanal angeordneten Spitzenelektrode mit einer ersten Polarität und zweier Spitzenelektroden entge- gengerichteter Polarität, die stromabwärts von der ersten Elektrode angeordnet sind, ein elektrisches Feld mit hoher Feldstärke an den Luftstrom anlegt und den Luftstrom um eine, stromabwärts zu den beiden Spitzen elektroden angeordnete dritte Elektrode leitet, die mit der ersten Elektrode verbunden ist,
so dass die Ionen im Luftstrom mit Hilfe der dritten Elektrode abgestossen werden und soweit abgebremst werden, dass sie durch die beiden Spitzenelektroden eingefangen werden können.