Verfahren zur Elektro-Klimatisierung eines Raumes mit negativen Luftsauerstoff-Ionen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Elektro-Klimatisierung eines Raumes mit einem luftelektrischen Strom negativer Sauerstoff-Ionen, wobei zugleich auch Geruchs- und Schwebstoff-Teilchen desoderisiert und aus der Raumluft entfernt werden. Bekanntlich hängt das Wohlbefinden des Menschen in geschlossenen Räumen unter behaglichen Temperatur- und Feuchtigkeitsverhältnissen sowohl von der Staub- und Geruchsfreiheit der Raumluft als auch von dem im Raum vorhandenen Elektro-Klima ab. Letzteres ist zu einem wesentlichen Teil durch die Ionisierung der Raumluft bestimmt.
Ein gutes Elektro-Klima wirkt auf dem Wege über eine Sauerstoff-Ionen-Osmose in der Lunge in wohltuender Weise auf die Erhaltung des Lebens ein, indem es einerseits die Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheitserregern zu stärken vermag, die Vitalkapazität und Nervenleistungen erhöht und zu einer schnelleren Erholung nach Überbeanspruchung und Überarbeitung verhilft. In der Natur trifft man es vorwiegend an jenen Plätzen an, die seit langem als Erholungs- und Luftkurorte bekannt sind, niemals jedoch in geschlossenen Räumen.
In der Luft geschlossener Räume sind fast immer die leichtbeweglichen positiven Kohlendioxyd-Ionen gegenüber den negativen Sauerstoff-Ionen in der Überzahl, weil diese sich wegen ihrer geringeren Beweglichkeit nicht so schnell an den Raumbegrenzungsflächen und die in der Luft vorhandenen Kerne und Schwebstoffe anlagern können wie die negativen Sauerstoff-Ionen.
Zur Anreicherung der Raumluft mit negativen Sauerstoff-Ionen ist bisher nach zwei grundsätzlich verschiedenen Prinzipien verfahren worden: a) Beim ersten führt man einen Luftstrom an einer Ionen-Quelle, z.B. einem radioaktiven Präparat, einer mit UV-Licht bestrahlten und Elektronen emittierenden Fläche oder einer elektrischen Sprühentladung vorbei und hält die Ionen des nicht gewünschten Vorzeichens durch ein elektrisches Gleichfeld zurück.
Hierbei kann zwar die gefährliche Ionen-Quelle gegen unbefugten Zugriff abgeriegelt bzw. deren Strahlung vollkommen gegen die im Raum befindlichen Personen abgeschirmt werden, doch muss als Nachteil ein Mangel an Wirksamkeit in Kauf genommen werden, der dadurch bedingt ist, dass sich die mit dem Luftstrom in den Raum gelangenden negativen Luftionen auf Grund ihres Eigenfeldes grösstenteils an den Raumbegrenzungsflächen und den in der Raumluft vorhandenen Schwebstoffen niederschlagen, bevor sie sich gleichmässig über den Raum verteilen.
Aus dem gleichen Grund ist es auch nicht möglich, die Luft Sauerstoff-Ionen mit einem in einer Lüftungszentrale unipolar ionisierten Zuluftstrom auf die angeschlossenen Räume verteilen. b) Man hat auch schon einen Strom negativer Sauerstoff-Ionen ohne Luftbewegung erzeugt und der Atemluft zugeführt, musste dabei allerdings die Ionen Quelle im Raum ohne Schutzhülle unterbringen. Wegen der Strahlungs- bzw. Hochspannungsgefahr ist das aber sowohl bei den radioaktiven wie auch bei den Sprühententladungs-Ionisatoren nur dort möglich, wo der Raum ständig von geschultem Bedienungspersonal überwacht wird. Dies ist einer der Gründe dafür, dass die grossräumige unipolare Ionisierung der Raumluft bisher noch kaum in Wohnungen sondern im wesentlichen nur in speziellen Behandlungsräumen von Spitälern und Instituten praktiziert worden ist.
Bei den UV-Licht-Ionisatoren lässt sich zwar die Hochspannungsgefahr durch Strombegrenzung mit genügend hohem Innenwiderstand vermeiden, doch ist es im allgemeinen nicht leicht, das UV-Licht von den im Raum befindllchen Personen befriedigend ab zuschirmen. UV-Licht- und Sprühentladungs-lonisato- ren haben zudem den Nachteil, dass mit der Ionen
Erzeugung die Entwicklung von Ozon und sogar auch Stickoxyden verbunden ist, die in höherer Konzentra tion sehr giftig sind.
Zweck der Erfindung ist es, die e angeführten Nach teile zu beheben, die 33 Hochspannungsgefahr vollstän- dig zu beseitigen und im besonderen zu erreichen, dass die lonenerzeugung nicht mehr notwendig mit der Bildung von Ozon und Stickoxyden gekoppelt ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht nämlich auf folgendem:
Bei praktisch unterdrückter Bildung von Stick oxyden und unterdrückter oder dosierbarer Bildung von Ozon werden negative Luftsauerstoff-Ionen in Viechselstromglimm- oder Sprühentladungen erzeugt, die in mindestens einer, einem elektrischen Raum
Gleichfeld frei ausgesetzten Entladungsvorrichtung auf einer stabilisierenden Isolierschicht an den Rän- dern einer aufgelegten, dünnen Sprühelektrode in auf kleine Bruchteile eines Millimeters begrenzter Länge aufrechterhalten werden.
Hierbei wird das Wechselfeld der auf der anderen Seite der Isolierschicht ange brachten Gegenelektrode einschliesslich ihrer Strom zuführung durch die Sprühelektrode und einen mit dieser verbundenen metallischen Schirm vom Raum und den darin befindlichen Personen abgeschirmt.
Mit Hilfe des über der Sprühelektrode errichteten
Raum-Gleichfeldes werden alsdann die so erzeugten
Luftsauerstoff-Ionen aus diesen Glimm- oder Sprüh entladungen herausgezogen ünd in das Kopfhöhen niveau der Rauminsassen transportiert.
Das Gleichfeld zwischen Entladungsvorrichtung und den Personen kann dabei durch Aufladung der isolierten Entladungsvorrichtung mit negativer Elek trizität oder durch Aufladung der Personen mit posi tiver Elektrizität aufgerichtet werden. In beiden Fällen reicht hierfür eine Gleichstromquelle von dermassen geringer Ergiebigkeit aus, dass kein fühlbarer oder doch nur ein harmloser Strom durch den Körper fliesst, wenn die Sprühelektrode zufällig berührt wird.
Zufolge der räumlichen Begrenzung der äusserst lichtschwachen Glimm- oder Sprühentladungen ist es erstmalig möglich geworden, die Bildung von Stick oxyden praktisch vollkommen zu unterdrücken und mit Hilfe elektrischer Entladungen negative Sauer stoff-Ionen - selbst bei physiologisch unmerklicher
Ozonerzeugung oder aber weitgehend unabhängig von der Ozonerzeugungsrate - in einer mit der Auflade spannung der Entladungsvorrichtung dosierbaren
Menge zu gewinnen.
Andererseits ist es aber auch möglich, in gerucherfüllten Räumen die Ozonerzeu gungsrate ohne wesentliche Änderung der Ionener- zeugungsrate durch entsprechende Einregelung der an z.B. eine Gegenelektrode angelegten Wechselspannung jeweils auf einen Wert zu heben, bei dem die Ge xruchspartikel durch Ozon abgesättigt und die Raumluft desodorisiert werden, ohne dass die Ozonkonzentration in der Atemluft den zulässigen Wert von 30.10-12 g/ccm übersteigt.
Zur Erzegung der Glimm- oder Sprüh-Entladungen werden zweckmässig Wechselspannungen zwischen 1'000 und 4'000 Volt, zur Errichtung des Gleiebfeldes zweckmässig Gleichspannungen bis zu 4'000 Volt verwendet. Die Lebensgefahr, die normalerweise mit Spannungen von dieser Höhe verbunden ist, kann bei dem Verfahren nach der Erfindung einerseits dadurch beseitigt werden, dass die schichtförmige Gegenelektrode allseitig isoliert und sowohl deren Stromzuführung wie wenigstens zum Teil auch die gesamte Wechselstromquelle von einem metalli schein Schirm eingeschlossen wird, der mit dem anderen Pol der Wechselstromquelle verbunden ist.
Andererseits kann wegen der geringen Stärke des Ionenstromes m elektrischen Gleichfeld die Gleichspannungsquelle bei grösserer Ergiebigkeit ohne merklichen Spannungsverlust mit einem Vorschaltsvider- stand von mindestens 109 Ohm versehen werden, der den Strom im Falle einer Berührung der spannungsführenden Elektrode auf einen unschädlichen oder überhaupt nicht fühlbaren Betrag begrenzt.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht mithin aus einer gegen Erde isolierten Wechselstromquelle mit einer Spannung von einigen kV z.B. in Form eines mit Wechselstrom von 50 Hz gespeisten Hochspannungstransformators, dessen Sekundärwicklung gegenüber Erde auf mindestens 2 kV Überschlagsspannung isoliert ist; sie ist weiterhin gekennzeichnet durch ein Regelmittel für den Glimmoder Sprühstrom und mindestens eine Ionenquelle, die einen mit einer Isolierschicht überzogenen Blechkörper oder einen isolierenden Schichtkörper aufweist, der auf seiner einen Seite einen leitfähigen Belag trägt und auf seiner anderen Seite mit Drähten, Bändern oder Folienstreifen aus einem schwer zerstäubbaren Metall belegt ist.
Die der Berührung zugängliche Sprühelektrode ist hierbei einerseits mit einem metallischen Schirm verbunden, der alle mit dem Blechkörper bzw. dem leitfähigen Belag verbundenen Teile der Schaltung umschliesst und andererseits durch eine Gleichstromquelle variabler Spannung über einen Hochohm-Widerstand von mindestens 109 Ohm gegenüber Erde auf einer negativen Gleichspannung gehalten.
Mit der unipolaren Ionisierung der Raumluft ist unter Umständen aber auch noch eine weitere Gefahr gegeben, nämlich die, dass die in der Luft enthaltenen feinen Aerosolteilchen vom Durchmesser der Grössen ordnung 1 > stark aufgeladen und auf Grund ihrer Ladung grösstenteils in den Tiefen des Trachea Bronchialbaumes zurückgehalten werden. In industrienahen Gebieten können sich daher bei Einatmung unipolar ionisierter Luft giftige Stoffe auf dem empfindlichen Alveolenepithel absetzen, die normalerweise, d.h. im ungeladenen oder nur schwach geladenen Zustand, fast restlos wieder ausgeatmet werden. Hierbei kann die Sauerstoff-Osmose im Alveo lenepithel derart behindert werden, dass es zu Bewusstseinsstörungen und Erstickungserscheinungen kommt.
Diese Gefahr ist in erster Linie bei den oben unter a) zusammengefassten Verfahren gegeben, wenn die am lonisator vorbeigeführte Luft nicht vorher durch Absolutfilter nahezu 100 % ig von allen Schwebstoffteilchen gereinigt wird. Bei den unter b) zusammengefassten Verfahren ist sie dann gebannt, wenn im Laufe der Zeit ein grosser Teil der unipolar aufgeladenen Teilchen durch das elektrische Raumfeld aus der Atemluft herausgezogen ist und sich an den Raumbegrenzungsfläcllell oder den im Raum be i"indlichen Gegenständen abgesetzt hat.
Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens stellt dann gewissermassen ein in den Raum transponiertes Elektrofilter dar, das die Luft : trotz 10 bis 100lag' grösserem Elektrodenabstand nicht schlechter als ein normales Elektrofilter reinigt, weil die Luft viele hundertmal länger zwischen den Elektroden verweilt.
Die Raumluft wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren besonders gut von Schwebstoff- und Aero solteilchen befreit, wenn gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung zur gleichmässigeren Erfüllung des Raumes mit Sauerstoff-Ionen mehrere als Ionen-Quellen dienende Glinim- oder Sprüh-Ent ladungseinriclltungen, über den Raum verteilt, an der Decke aufgehängt oder auf Tischen aufgestellt und durch eine in ihrer Spannung regelbare Gleichstrom- quelle jeweils über einen dazwischen geschalteten Widerstand von mindestens 10') Ohm aufgeladen werden;
oder noch besser, wenn gemäss einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens eine grössere Zahl von als Ionen-Quellen dienende Glimm- oder Sprüh-Entladungseinrichtungen, über den Raum verteilt, an der Decke unter einer als Elektrode dienenden, isoliert aufgehängten Zwischendecke angebracht und zusammen mit dieser Zwischendecke gegenüber dem Fussboden (Erde) durch eine in ihrer Spannung regelbare Gleichstromquelle negativ aufgeladen werden.
Bei den beiden vorstehend beschriebenen Aus Lührungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens gelangen die negativen Sauerstoff-Ionen unmittelbar in die Atemluft. Allerdings muss hierbei in Kauf genommen werden, dass der menschliche Körper von einem elektrischen Strom durchflossen wird, der nicht wie im positiven luftelektrischen Schönwetterfeld, von oben nach unten sondern von unten nach oben gerichtet ist. Da man von der Behandlung des menschlichen Körpers mit galvanischen Fein strömen her weiss, dass bei einer solchen Stromrichtung keine günstigen physiologischen Wirkungen erzielt werden, ist es in vielen Fällen ratsam, das erfindungsgemässe Verfahren in einer dritten Ausführungsform derart abzuwandeln, dass der Körper einem vertikal nach unten gerichteten Feld ausgesetzt ist und die negativen Sauerstoff-Ionen den Raum von unten nach oben durchströmen.
In diesem Falle müssen die als Ionen Quellen dienenden Glimm-oder Sprüh-Entladungseinrichtungen, über den Raum verteilt, im oder am Fussboden oder - bei Theatern und Vortragssälen - in den Rücken, lehnen des Vordersitzes untergebracht oder, frei auf Tischen unterhalb des Kopf- höhenniveaus aufgestellt werden.
Um in diesen Fällen die aus den Ionei1-Quelle llerausgezogenen Sauerstoff-Ionen gleichmässig in die Raumlauft des I (opfhöheianiveaus zu verteilen, wer- den sie zwecklräss g einem von einer Deckenelektrode ausgehenden positiven Feld unterworlen, dessen Stärke in einem durch die Verteilung der Sauerstoff-Ionen bestimmten Rhythmus kontinuierlich zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert schwankt.
Feldstärkenmaxiltlunl, Feldstärkenminimum und Periodendauer des positiven Raumfeldes können dabei so aufeinander abgestimmt werden, dass die negativen Sauerstoff-Ionen in der Phase hoher elektrischer Feldstärke vertikal in das I(opfhöhenniveau gehoben werden, sich in der anschliessenden Phase niedriger Feldstärke durch Diffusion vornehmlich in horizontaler Richtung ausbreiten und selbst bei Anwesenheit eines restlichen am Kopf überhöhten positiven Raumfeldes durch Luftkonvektion in gewünschter Konzentration in die Atemluft gelangen.
Als weitere Bedingung ist hierbei zu beachten, dass zweckmässigerweise die maximale Änderungsgeschwindigkeit der Feldstärke des positiven Raumfeldes im Körper keine grösseren Verschiebungsströme erzeugt als jene Verschiebungsströme, die im konstanten elektrischen Feld von 3'000 Volt/m durch die Körpenbewegung entstehen.
Wie bei den ersten beiden Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens wird auch bei der dritten Ausführungsform die Sauerstoff- Ionen- Kon- zentration in der Atemluft mit der negativen Aufladespannung der Glimm- oder Sprüh-Entladungseinrichtungen auf den gewünschten Wert eingestellt und zwar weitgehend unabhängig von der Ozon-Entwicklung der Entladungen. Letztere kann wiederum unabhängig von dem Sauerstoff-Ionenstrom mit Hilfe eines ver änderlichen Strombegrenzungswiderstandes oder eines Spannungsstufenschalters im Wechselstromkreis der Entladungen auf einen die Geruchsteilchen eben absättigenden Wert eingestellt werden, bei dem im ccm Atemluft keine grösseren Ozonmengen als 30.l0l2 Gramm auftreten.
Bei der zweiten und dritten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, den Transport der Sauerstoff-Ionen von den einzelnen Ionen-Quellen in die Atemluft durch die Konvektion eines gefilterten Frisch- oder Zuluftstromes zu unterstützen. Bei der dritten Variante ist man hierauf sogar angewiesen, wenn die einzelne Ionen-Quelle im Fussboden oder in einer Rückenlehne hinter einem Schutzgitter angebracht ist.
In der zweiten und dritten Auführungsform lässt sich mit dem Verfahren eine verhältnismässig gleichmässige, homogene Erfüllung des gesamten Raumes mit Sauerstoff-Ionen erzielen, im besonderen dann, wenn das Deckenfeld mit besonderen Mitteln auch in der Nähe der Raumwände homogen gemacht wird.
Die Homogenisierung des Deckenfeldes kann mit einem doppelschichtigen Wand- und Deckenbelag bewirkt werden, von dem die an Wand bzw. Decke direkt angrenzende Schicht elektrisch hochisolierend und die darüber angebrachte Schicht halbleitend ist. Zur Aufrichtung des vertikalen elektrischen Feldes mit einer regelbaren Gleichstromquelle erhält die halbleitende Schicht zwei metallisch leitende Stromzuführungs Elektrodenstreifen, wovon die eine überall an der Fussbodenleiste und die andere überall an der Deckenleiste elektrisch Kontakt macht.
Um Feldinhomogenitäten an Fenstern und Wänden zu vermeiden, werden Fenster- und Wand-Vorhänge an ihrem oberen und unteren Saum mit besser halbleitenden oder metallisch leitenden Stromzuführungen versehen, und diese in ihrer Höhe mit dem halbleitenden Wandbelag bzw. mit den oben erwähnten, metallisch leitenden Zuführungs-Elektrodenstreifen in elektrischen Kontakt gebracht.
Da sich die in der Luft enthaltenen Schwebstoffteilchen mit der Zeit an der Decke absetzen, empfiehlt es sich, den halbleitenden Deckenbelag entweder selbst abwaschbar auszuführen oder mit einem abwaschbaren überzug zu versehen, der dem Ionenstrom wegen seiner geringen Stärke keinen merklichen Widerstand bietet.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Glimm- bzw. Sprühentladungsvorrichtung einmal in Ansicht und das andere Mal im Schnitt nach Linie A-B, Fig. 2 das Schaltbild eines Gerätes erfindungsgemässer Ausführung in seiner Gesamtheit und Fig. 3 eine Glimm- bzw. Sprühentladungs-Vorrichtung in einer gegenüber Fig. 1 noch weiter abgeänderten Ausführungsform teils in Ansicht, teils in einem Schnitt nach der Linie C-D.
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Ionenquelle ist die Sprühelektrode 3 als dünner mäanderförmig geschnittener Folienstreifen 3 aus einem schwer zerstäubbaren Material, wie z.B.
V4A-Stahl, auf die stabilisierende Isolierschicht 1 aufgebracht und die Rückseite dieser Schicht mit einem beliebigen leitfähigen Belag 2 versehen, der seinerseits wieder durch eine zweite Isolierschicht 1 vor Berührung geschützt ist.
Um Überschlag zu vermeiden, sind die Stromzuführungen von Sprühelektrode 3 und Gegenelektrode 2 gegeneinander versetzt.
Die Gestalt der Ionenquelle ist beliebig. Sie kann z.B. auch die Form einer Röhre, einer Birne oder eines Leuchtschirmes annehmen, wobei die Sprühelektrode 3 stets auf der konvexen Seite und die Gegenelektrode auf der konkaven Seite anzubringen ist.
Falls die Form geschlossen ist, erübrigt sich die Anbringung einer besonderen Schutzschicht für den leitfähigen Belag 2. Bei konvex gekrümmten stabilisierenden Isolierschichten können auch aufgelegte dünne Drähte, beispielsweise solche aus V4A-Stahl, als Sprühelektrode verwendet werden.
Tragender Bestandteil der Anordnung kann sowohl der leitfähige Belag 2 als auch die Isolierschicht sein. Im ersteren Fall kann z.B. ein Blechkörper mit einem Emailleüberzug, im zweiten Fall eine Glasplatte, Glasbirne, Glasrohr oder auch der Glasleuchtschirm einer Hänge- oder Stehlampe Verwendung finden.
Wie die Ionenquelle mit einem einzigen Gerät vom Lichtnetz betrieben werden kann, sei beispielsweise anhand des Schaltbildes der Figur 2 erläutert.
Hier werden die Glimm- oder Sprühentladungen 6 an den Rändern der Sprühelektrode 3 mit Hilfe des vom 50-periodigen Wechselstrom gespeisten Hochspannungs-Netztransformator 5 unterhalten, dessen Sekundärwicklung 11 zusammen mit den mit ihr verbundenen Teilen der Schaltung für eine Prüfspannung von 5 kV gegenüber Erde einen Isolationswert von mindestens 1Q11 Ohm aufweist. Intensität und Ozon Erzeugungsrate der Glimm- oder Sprühentladungen ist mit einem im Sekundärkreis liegenden veränderlichen Widerstand 8 regelbar, der zwischen die Gegenelektrode 2 und das erdkapazitätärmere Ende der Sekundärwicklung 11 geschaltet ist.
Um die Erdkapazität der vor Berührung geschützten Gegenelektrode 2 samt dem mit ihr verbundenen Teil der Schaltung weiter zu verkleinern und die ungeschützte Sprühelektrode 3 gegenüber Erde weitgehend frei von Wechselspannung zu machen, ist dieser Teil der Schaltung und wo möglich noch die Sekundärwicklung 11 mit einem mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung 11 verbundenen Metallschirm 13 angeschlossen, der durch den Isolationsüberzug auf dem konzentrischen Kabel 14, in der Figur nicht gezeichnete Stützisolatoren und isolierende Achsenverlängungen an den Drehwiderständen 8 und 9 auf mindestens 1011 Ohm gegenüber Erde bzw. das geerdete Gehäuse 15 isoliert ist. Dabei kann der mit dem Schirm 13 verbundene Kabelschirm zugleich als Stromzuführung zur Sprühelektrode 3 dienen.
Zur Aufrichtung des elektrischen Gleichfeldes, das die negativen Sauerstoff-Ionen aus den selbständigen Entladungen herausziehen soll, kann die ungeschützte Sprühelektrode 3 bzw. der eben erwähnte Schirm 13 mit Hilfe einer einseitig geerdeten, in ihrer Spannung regelbaren Gleichstromquelle aufgeladen werden, wobei zur Vermeidung einer Hochspannungsgefahr der nichtgeerdete Pol der Quelle unter Zwischenschaltung eines Widerstandes von mindestens 109 Ohm mit der ungeschützten Elektrode 3 bzw. dem Schirm 13 zu verbinden ist.
Gemäss einer besonderen Ausführung der erfin dungsgemässen Einrichtung kann der Hochspannungs Netztrafo 5 in einer Schaltung gemäss Fig. 2 gleichzeitig zur Speisung der Glimm- oder Sprüh-Entladungen 6 und zur Errichtung des Gleichfeldes 7 über diesen Entladungen dienen. Hierbei ist es möglich, unabhängig voneinander die Intensität der stabilisierten Glimm- oder Sprüh-Entladungen sowie deren Ozon erzeugungsrate mit dem Vorschaltwiderstand 8 und die Stärke des Gleichfeldes sowie die Ausbeute an negativen Saurestoff-Ionen an einem hochohmigen Potentiometer 9 zu regeln bzw. einzustellen, welches parallel zu dem die gleichgerichtete Wechselspannung glättenden Kondensator 10 liegt.
Wie bereits oben beschrieben, ist die Sekundärwicklung 11 einschliesslich dem variablen Vorschalt-Widerstand 8 und dem Gleichrichter 12 von einem Schirm 13 umgeben, der einerseits mit einem Pol der Sekundärwicklung und andererseits mit dem Schirm des konzentrischen Zuführungkabels 14 verbunden ist. Dieser Schirm 13 ist seinerseits von einem zweiten, geerdeten Schirm 15 umschlossen, in welchem auch der Glättungskondensator 10, das hochohmige Potentiometer 9 und der Sicherheitswiderstand 16 untergebracht und die hochisolierten Achsen von Drehwiderstand 8 und Drehpotentiometer 9 sowie der hochohmig isolierende äussere Überzug des konzentrischen Kabels 14 gelagert sind. Der Sicherheitswiderstand 16 soll hierbei wieder einen Widerstandswert von mindestens 109 Ohm haben.
Um zu verhüten, dass der Luftrückstrom des von den Glimm- oder Sprüh-Entladungen ausgehenden lonenwindes ungeladenen Staub auf der Isolierschicht in der Nähe der Entladungsstellen niederschlägt, wird die Ionenquelle gemäss einer noch anderen Ausführung der Erfindung auf deren äusseren-Flächen wohl auch mit dünnen Drähten, Metallbändern oder Metallfolienstreifen belegt, dazwischen aber auch noch mit Flächenelektroden bedeckt, welche gegenüber Erde eine niedrigere Gleichspannung führen als die Sprühelektroden, keiner Gegenelektrode auf der unzugänglichen Seite der Isolierschicht bedürfen und lediglich als Niederschlagselektrode für die in der rückströmenden Luft enthaltenen Aerosol- oder Schwebstoffteilchen dienen.
Fig. 3 zeigt als Beispiel für eine solche Ionen Quelle eine Glasröhre 1, die innen mit einem leitfähigen Belag 2 versehen ist, und auf deren äusserer Oberfläche als Sprühelektrode dünne Drähte 3 von etwa 0,1 mm q, zwischen zwei Halterungsschellen 17 spiralförmig ausgespannt sind. Als Niederschlagselektroden für den im Luftrückstrom enthaltenen Staub dienen die Metallfolien 18, die auf dem Glasrohr aufgeklebt werden können.
Process for the electrical air conditioning of a room with negative atmospheric oxygen ions
The invention relates to a method and a device for the electrical air conditioning of a room with an air-electric current of negative oxygen ions, whereby at the same time odor and suspended matter particles are also desoderized and removed from the room air. As is well known, the well-being of people in closed rooms under comfortable temperature and humidity conditions depends on the absence of dust and odors in the room air as well as on the electrical climate in the room. The latter is largely determined by the ionization of the room air.
A good electro-climate has a beneficial effect on the preservation of life by way of oxygen-ion osmosis in the lungs by being able to strengthen the resistance to pathogens on the one hand, increasing vital capacity and nerve performance, and enabling faster recovery after overuse and overwork. In nature it is mainly found in those places that have long been known as recreational and climatic health resorts, but never in closed rooms.
In the air of closed rooms, the easily mobile positive carbon dioxide ions are almost always in the majority compared to the negative oxygen ions, because because of their lower mobility they cannot attach themselves to the room boundary surfaces and the nuclei and suspended matter in the air as quickly as they do negative oxygen ions.
To enrich the room air with negative oxygen ions, two fundamentally different principles have been followed up to now: a) In the first one, an air flow is conducted at an ion source, e.g. A radioactive preparation, a surface irradiated with UV light and emitting electrons or an electrical spray discharge and holds back the ions of the undesired sign by means of a constant electrical field.
In this case, the dangerous ion source can be sealed off against unauthorized access or its radiation can be completely shielded from the people in the room, but the disadvantage is a lack of effectiveness, which is due to the fact that the air flow is involved Due to their own field, negative air ions that enter the room are mostly deposited on the room boundary surfaces and the suspended matter in the room air before they are evenly distributed over the room.
For the same reason, it is also not possible to distribute the air oxygen ions to the connected rooms with a supply air flow that is unipolarly ionized in a ventilation center. b) A stream of negative oxygen ions has already been generated without air movement and fed into the breathing air, but the ion source had to be accommodated in the room without a protective cover. Because of the risk of radiation or high voltage, this is only possible with the radioactive as well as the spray discharge ionizers where the room is constantly monitored by trained operating personnel. This is one of the reasons why large-scale unipolar ionization of the room air has so far hardly been practiced in apartments, but essentially only in special treatment rooms in hospitals and institutes.
In the case of UV light ionizers, the risk of high voltage can be avoided by limiting the current with a sufficiently high internal resistance, but it is generally not easy to shield the UV light from the people in the room in a satisfactory manner. UV light and spray discharge ionizers also have the disadvantage that with the ions
Generation is linked to the development of ozone and even nitrogen oxides, which are very toxic in higher concentrations.
The purpose of the invention is to remedy the disadvantages cited, to completely eliminate the high voltage risk and, in particular, to achieve that the generation of ions is no longer necessarily coupled with the formation of ozone and nitrogen oxides.
The method according to the invention is based on the following:
With practically suppressed formation of nitrogen oxides and suppressed or meterable formation of ozone, negative atmospheric oxygen ions are generated in Viechselstromglimm- or spray discharges in at least one electrical room
Discharge device exposed to a constant field can be maintained on a stabilizing insulating layer at the edges of an applied, thin spray electrode in a length limited to small fractions of a millimeter.
Here, the alternating field of the counter electrode attached to the other side of the insulating layer, including its current supply, is shielded from the room and the people in it by the spray electrode and a metallic screen connected to it.
With the help of the one erected above the spray electrode
Equal space fields are then generated in this way
Oxygen ions in the air are extracted from these glow or spray discharges and transported to the head-height level of the occupants.
The constant field between the discharge device and the people can be set up by charging the isolated discharge device with negative electricity or by charging the people with positive electricity. In both cases, a direct current source of such low yield is sufficient that no noticeable or only a harmless current flows through the body if the spray electrode is accidentally touched.
As a result of the spatial limitation of the extremely weak glow or spray discharges, it has become possible for the first time to practically completely suppress the formation of stick oxides and, with the help of electrical discharges, to suppress negative oxygen ions - even if they are physiologically imperceptible
Ozone generation or largely independent of the ozone generation rate - in a metered with the charging voltage of the discharge device
Amount to gain.
On the other hand, it is also possible to reduce the ozone generation rate in odor-filled rooms without a significant change in the ion generation rate by adjusting the to raise an alternating voltage applied to a counter electrode to a value at which the odor particles are saturated by ozone and the room air is deodorized without the ozone concentration in the breathing air exceeding the permissible value of 30.10-12 g / ccm.
To generate the glow or spray discharges, alternating voltages between 1,000 and 4,000 volts are expediently used, and DC voltages of up to 4,000 volts are expediently used to establish the glow field. The danger to life that is normally associated with voltages of this level can be eliminated in the method according to the invention, on the one hand, by isolating the layered counter-electrode on all sides and enclosing both its power supply and at least partially the entire alternating current source by a metallic screen connected to the other pole of the AC power source.
On the other hand, because of the low strength of the ionic current in the DC electric field, the DC voltage source can be provided with a series resistor of at least 109 ohms without any noticeable loss of voltage, which limits the current to a harmless or not at all perceptible amount in the event of contact with the live electrode .
The device for carrying out the method therefore consists of an alternating current source isolated from earth with a voltage of a few kV e.g. in the form of a high-voltage transformer fed with alternating current of 50 Hz, the secondary winding of which is isolated from earth to at least 2 kV withstand voltage; It is further characterized by a control means for the glow or spray current and at least one ion source which has a sheet metal body coated with an insulating layer or an insulating layer body which has a conductive coating on one side and wires, bands or strips of film on its other side is coated with a metal that is difficult to atomize.
The touch-accessible spray electrode is connected on the one hand to a metallic screen that encloses all parts of the circuit connected to the sheet metal body or the conductive coating and on the other hand by a direct current source of variable voltage via a high-resistance of at least 109 ohms to earth on a negative DC voltage held.
With the unipolar ionization of the room air, there may also be another risk, namely that the fine aerosol particles in the air with a diameter of the order of magnitude 1> are highly charged and, due to their charge, are largely retained in the depths of the trachea bronchial tree will. In areas close to industry, inhalation of unipolar ionized air can cause toxic substances to settle on the sensitive alveolar epithelium. in the uncharged or only weakly charged state, can be exhaled almost completely. Here, the oxygen osmosis in the alveolar epithelium can be hindered to such an extent that it leads to impaired consciousness and symptoms of suffocation.
This danger is primarily given in the case of the methods summarized above under a) if the air that is passed past the ionizer is not previously cleaned almost 100% of all suspended matter by an absolute filter. In the procedures summarized under b), it is banned if, in the course of time, a large part of the unipolar charged particles has been drawn out of the breathing air by the electrical space field and has settled on the space delimiting surface or the objects in the room.
The arrangement for carrying out the method then represents an electrostatic precipitator transposed into the room, which cleans the air no worse than a normal electrostatic precipitator despite a 10 to 100 lag greater electrode spacing, because the air remains between the electrodes hundreds of times longer.
The room air is freed particularly well of suspended matter and aerosol particles according to the method according to the invention, if, according to a first embodiment of the invention, several glinim or spray discharge devices serving as ion sources over the room to fill the room more evenly with oxygen ions distributed, hung from the ceiling or set up on tables and charged by a direct current source of adjustable voltage via an intermediate resistor of at least 10 Ω;
or even better if, according to a second embodiment of the method according to the invention, a larger number of glow or spray discharge devices serving as ion sources, distributed over the room, attached to the ceiling under an insulated suspended ceiling serving as an electrode and together with this Suspended ceiling opposite the floor (earth) can be negatively charged by a voltage controllable direct current source.
In the two above-described embodiments of the method according to the invention, the negative oxygen ions get directly into the breathing air. However, it must be accepted that the human body is traversed by an electric current that is not directed from top to bottom, as in the positive air-electric fair-weather field, but from bottom to top. Since it is known from the treatment of the human body with galvanic fine currents that no beneficial physiological effects are achieved with such a current direction, it is advisable in many cases to modify the method according to the invention in a third embodiment such that the body follows one vertically is exposed to a field directed downwards and the negative oxygen ions flow through the space from bottom to top.
In this case, the glow or spray discharge devices serving as ion sources must be distributed across the room, in or on the floor or - in theaters and lecture halls - in the back, placed against the seat in front or freely on tables below head-height be set up.
In order to distribute the oxygen ions extracted from the ion source evenly into the room at the head height level, they are expediently subjected to a positive field emanating from a ceiling electrode, the strength of which is determined by the distribution of the oxygen Ions specific rhythm fluctuates continuously between a maximum and a minimum value.
The maximum field strength, minimum field strength and period of the positive spatial field can be coordinated with one another in such a way that the negative oxygen ions in the phase of high electrical field strength are raised vertically to the level of the field, and in the subsequent phase of low field strength they spread mainly in the horizontal direction through diffusion and even in the presence of a positive spatial field that is excessive on the head, air convection can be used to get into the breathing air in the desired concentration.
As a further condition, it should be noted that the maximum rate of change of the field strength of the positive spatial field in the body does not generate any greater displacement currents than the displacement currents that arise in the constant electric field of 3,000 volts / m due to body movement.
As in the first two embodiments of the method according to the invention, the oxygen ion concentration in the breathing air with the negative charging voltage of the glow or spray discharge devices is set to the desired value in the third embodiment, largely independently of the ozone concentration. Development of discharges. The latter can in turn be set independently of the oxygen ion current with the help of a variable current limiting resistor or a voltage step switch in the alternating current circuit of the discharges to a value that just saturates the odor particles, at which the ccm of breathable air does not contain any ozone quantities greater than 30.10l2 grams.
In the second and third embodiment of the method according to the invention, it is possible to support the transport of the oxygen ions from the individual ion sources into the breathing air by convection of a filtered fresh or supply air flow. With the third variant, you are even dependent on this if the individual ion source is installed in the floor or in a backrest behind a protective grille.
In the second and third embodiment, the method allows a relatively uniform, homogeneous filling of the entire room with oxygen ions, especially when the ceiling field is made homogeneous in the vicinity of the room walls using special means.
The homogenization of the ceiling area can be achieved with a double-layer wall and ceiling covering, of which the layer directly adjacent to the wall or ceiling is electrically highly insulating and the layer applied above is semiconducting. To set up the vertical electric field with a controllable direct current source, the semiconducting layer is provided with two metallic conductive power supply electrode strips, one of which makes electrical contact everywhere on the baseboard and the other everywhere on the ceiling molding.
In order to avoid field inhomogeneities on windows and walls, window and wall curtains are provided with better semiconducting or metallically conductive power leads at their upper and lower seams, and these are provided with the semiconducting wall covering or with the above-mentioned, metallically conductive supply leads -Electrode strips brought into electrical contact.
Since the suspended matter contained in the air settles on the ceiling over time, it is advisable to either make the semiconducting ceiling covering washable by yourself or to provide it with a washable coating that offers no noticeable resistance to the ion current due to its low strength.
Embodiments of the device for carrying out the method according to the invention are explained in more detail below.
Fig. 1 shows a glow or spray discharge device once in view and the other time in section along line AB, Fig. 2 shows the circuit diagram of a device according to the invention in its entirety and Fig. 3 shows a glow or spray discharge device in an opposite direction Fig. 1 an even further modified embodiment partly in view, partly in a section along the line CD.
In the exemplary embodiment of an ion source shown in FIG. 1, the spray electrode 3 is a thin, meandering cut film strip 3 made of a material that is difficult to atomize, e.g.
V4A steel, applied to the stabilizing insulating layer 1 and the back of this layer is provided with any conductive coating 2, which in turn is protected from contact by a second insulating layer 1.
In order to avoid flashover, the power supply lines from spray electrode 3 and counter electrode 2 are offset from one another.
The ion source can be of any shape. You can e.g. also take the form of a tube, a pear or a luminescent screen, the spray electrode 3 always being attached to the convex side and the counter electrode to the concave side.
If the mold is closed, there is no need to apply a special protective layer for the conductive coating 2. In the case of convexly curved stabilizing insulating layers, thin wires, for example those made of V4A steel, can also be used as spray electrodes.
Both the conductive covering 2 and the insulating layer can be a supporting component of the arrangement. In the former case e.g. a sheet metal body with an enamel coating, in the second case a glass plate, glass bulb, glass tube or the glass lampshade of a hanging or floor lamp can be used.
How the ion source can be operated with a single device from the lighting network is explained, for example, using the circuit diagram in FIG.
Here, the glow or spray discharges 6 at the edges of the spray electrode 3 are maintained with the help of the high-voltage mains transformer 5 fed by the 50-period alternating current, the secondary winding 11 of which, together with the parts of the circuit connected to it, provide a test voltage of 5 kV to earth Has an insulation value of at least 1Q11 Ohm. The intensity and ozone generation rate of the glow or spray discharges can be regulated with a variable resistor 8 located in the secondary circuit, which is connected between the counterelectrode 2 and the end of the secondary winding 11 with less earth capacity.
In order to further reduce the earth capacitance of the counter electrode 2, which is protected from contact, together with the part of the circuit connected to it and to make the unprotected spray electrode 3 largely free of alternating voltage with respect to earth, this part of the circuit and, where possible, the secondary winding 11 with a metal screen 13 connected to the other end of the secondary winding 11, which is insulated by the insulation coating on the concentric cable 14, post insulators (not shown in the figure) and insulating shaft extensions on the rotary resistors 8 and 9 to at least 1011 ohms from earth or the earthed housing 15. The cable shield connected to the shield 13 can also serve as a power supply to the spray electrode 3.
To set up the direct electric field, which is intended to pull the negative oxygen ions out of the independent discharges, the unprotected spray electrode 3 or the above-mentioned screen 13 can be charged with the aid of a unilaterally earthed direct current source with adjustable voltage, whereby to avoid a high voltage risk the non-grounded pole of the source must be connected to the unprotected electrode 3 or the screen 13 with the interposition of a resistor of at least 109 ohms.
According to a special embodiment of the device in accordance with the invention, the high-voltage mains transformer 5 in a circuit according to FIG. 2 can simultaneously serve to feed the glow or spray discharges 6 and to establish the DC field 7 over these discharges. It is possible, independently of one another, to regulate or set the intensity of the stabilized glow or spray discharges and their ozone generation rate with the series resistor 8 and the strength of the constant field and the yield of negative oxygen ions on a high-resistance potentiometer 9, which parallel to the capacitor 10 smoothing the rectified alternating voltage.
As already described above, the secondary winding 11 including the variable ballast resistor 8 and the rectifier 12 is surrounded by a screen 13 which is connected on the one hand to a pole of the secondary winding and on the other hand to the screen of the concentric feed cable 14. This screen 13 is in turn enclosed by a second, earthed screen 15, in which the smoothing capacitor 10, the high-resistance potentiometer 9 and the safety resistor 16 and the highly insulated axes of the rotary resistor 8 and rotary potentiometer 9 as well as the high-resistance, insulating outer coating of the concentric cable 14 are stored. The safety resistor 16 should again have a resistance value of at least 109 ohms.
In order to prevent the air return flow of the ion winds emanating from the glow or spray discharges from precipitating uncharged dust on the insulating layer in the vicinity of the discharge points, the ion source according to yet another embodiment of the invention is probably also equipped with thin wires on its outer surfaces , Metal strips or metal foil strips, but also covered with surface electrodes in between, which have a lower DC voltage than the spray electrodes, do not require a counter electrode on the inaccessible side of the insulating layer and only serve as a precipitation electrode for the aerosol or suspended matter particles contained in the backflowing air .
Fig. 3 shows as an example of such an ion source a glass tube 1, which is provided with a conductive coating 2 on the inside, and on the outer surface of which, as a spray electrode, thin wires 3 of about 0.1 mm q are stretched spirally between two mounting clamps 17 . The metal foils 18, which can be glued onto the glass tube, serve as collecting electrodes for the dust contained in the return air flow.