具有臭氧催化剂的环境空气净化器

本发明涉及一种用于处理(特别是加湿、净化和/或洗涤)空气的设备(即环境空气净化器)和方法，例如加湿器、空气净化器、空气洗涤器或类似物。

通用环境空气净化器(也被称为空气处理装置)被设计成用于处理(特别是净化、加湿和/或洗涤)封闭房间和/或建筑物中存在的空气。空气处理装置可具有许多应用领域，例如在医疗技术或医疗保健行业(特别是在医生办公室、隔离室、病房、重症监护室或洁净室)中，在私人家庭(特别是在卧室、起居室、厨房或儿童房)中，在公共或工业建筑物(诸如博物馆、剧院、政府建筑物或办公室)中，和/或在移动性中，例如用于清洁车辆内部，特别是在驾驶室、租车或车辆共享概念中。例如，空气处理装置是可以放置在建筑物或房间中的地板或架子(诸如桌子)上的落地式器具和/或小型电器。

环境空气净化器通常配备有多层过滤器系统。高效HEPA过滤器由附加的过滤器来补充，使得吸入的环境空气被清洁并且不含污染物。另一方面，空气洗涤器通常在没有附加过滤器的情况下工作并且引导空气穿过水浴，在水浴中空气同时被清洁和加湿。

对空气处理提出了更高的要求。这一方面是由于日益严格的法律要求，另一方面是由于人们日益增长的健康意识。特别地，空气中存在的颗粒物，含有μg/m

在现有技术中，已经存在使用电沉淀技术的空气处理装置的方法。然而，这种系统具有根本的缺点，即干燥颗粒和因此非气溶胶难以在对电极上收集并运走。颗粒在与对电极接触之后再次被空气流带走或者“聚集在一起”以在对电极上形成非导电物质。这意味着，一方面，沉淀(precipitation)效率很大程度上取决于空气流的空气动力学，并且另一方面，对电极的功能由于其必要的电导率的降低而受影响。

当操作具有静电除尘器(电过滤器)的环境空气净化器时，可有意或无意地形成臭氧。因此，通常不会在通风系统中产生臭氧。例如，德国肺脏基金会警告不要使用产生臭氧的空气净化器来消除烟雾室恶臭。因此，指导VDI 6022表5“室内空气技术，室内空气质量——避免过敏负荷——测试和评估对呼吸空气具有影响的技术装置和部件的要求”建议在使用电离器时(如果必要时)确定臭氧排放率。

原则上，各种臭氧分解系统是已知的。这些可以是热性质的，例如通过应用至少50℃至60℃的热，这表示基于活性碳的使用的附加的能量需求，这具有以下缺点：活性碳过滤器由于它们分解并且必须被更新而具有限定的使用寿命，或具有催化作用。在EP 2774628A1中描述了一种具有催化臭氧分解系统的基于等离子体的空气净化器，根据该空气净化器，产生的臭氧可以通过具有催化剂涂层的下游过滤器来分解。

这种空气净化系统具有根本的缺点：干燥颗粒以及因此非气溶胶难以在对电极上收集并运走。颗粒在与对电极接触之后再次被空气流带走或“聚集在一起”以在对电极上形成非导电物质。这意味着，一方面，沉淀程度很大程度上取决于空气流的空气动力学，并且另一方面，对电极的功能由于其必要的电导率的降低而受影响。在EP 2774628 A1中，还证明了发射电极、催化剂以及对电极的夹层布置对沉淀效率是不利的。此外，在EP 2774628A1中，带电离子不受阻碍地进入大气。

本发明的任务是克服已知现有技术的缺点，特别是提供一种具有改进的沉淀效率的环境空气净化器。

这项任务是通过独立权利要求的特征来解决的。

相应地，提供了一种用于净化、加湿和/或洗涤空气的环境空气净化器。例如,空气可以提供有固体和/或液体颗粒，特别是污染物，这些颗粒可以通过根据本发明的环境空气净化器至少部分地与空气分离。空气特别是存在于封闭的房间和/或建筑物中的空气，诸如环境空气，并且人们可以与该空气直接接触。例如，环境空气净化器是可以安装在建筑物或房间中、或者可以集成到房间和/或建筑物通风系统(诸如车辆内部通风系统)中的小型电器和/或独立器具。除了环境空气净化器可以形成为独立装置、特别是单独装置的可能性之外，还可以将根据本发明的环境空气净化器集成到布置在建筑物的房间或汽车的房间中的通风系统、抽油烟机或其他通风系统中。环境空气净化器能够从空气中去除液体颗粒(诸如油脂或油颗粒)以及细粉尘固体颗粒，即使是浓度在μg/m

根据本发明的环境空气净化器包括电除尘器，该电除尘器具有对电极和发射电极，用于从待处理的空气中分离液体和/或固体颗粒。发射电极可以例如形成为发射电极阵列。发射电极可以形成为发射电极针。电除尘器被设计成通过产生臭氧从待清洁的空气中分离固体和/或液体颗粒，特别是消除难闻的气味。

电除尘器可以形成为等离子体除尘器。对电极和发射电极可彼此绝缘和/或各自由单件制成。发射电极(也称为喷射电极)基本上被设计成发射特别是带负电的颗粒。对电极，也称为收集电极，形成相反的极。例如，发射电极和对电极之间的空间可称为除尘器空间，其中固体和/或液体颗粒从待处理的空气中沉淀。在电除尘器的操作期间，在发射电极和对电极之间施加高电压。例如，高电压在8kV至16kV的范围内，特别是在11kV至14kV的范围内。具体地，电除尘器在击穿电压或闪络电压以下操作。击穿电压，也称为闪络电压，是对于通过材料或物质(例如绝缘体或气体)发生的电压击穿必须超过的电压。例如，电除尘器所基于的电荷产生原理可以是碰撞电离。当超过所谓的电晕场强度时，电子离开发射电极并与周围的空气分子相互作用，形成所谓的负电晕。存在于空气中的自由电子在电晕的静电场中被强烈加速，使得可以发生气体放电。当自由电子撞击空气分子时，进一步的电子可被分离或将它们自身附接到空气分子。然后，负电荷沿中性电荷的对电极的方向移动。对电极可以例如接地和/或处于地电势。当载有颗粒的气体流进入时，带负电的电荷积聚在颗粒上。DC电压场的静电力(该静电力可以横向于穿过环境空气净化器的空气流动的方向定向)致使带负电的颗粒朝向该对电极迁移，在对电极处它们可以分配它们的电荷并且从对电极去除。用这种方式，颗粒可以从空气流中分离。本发明还涵盖其中产生正电晕或带正电的电荷而不是负电晕或带负电的电荷的实施例。为了避免重复，本发明的描述限于负电荷情况的实施例。

环境空气净化器可以包括空气输送装置，特别是进气装置，诸如风扇。风扇通常被理解为致流机，该致流机在进气侧与压力侧之间建立介于1至1.3之间的压力比，以便输送空气。空气输送装置可配置成从周围环境吸入空气和/或将空气朝向电除尘器输送。具体地，空气输送装置能够或被提供用于将待处理的空气(特别是建筑物和/或环境空气)吸入到环境空气净化器中并且将其送至电除尘器或将其暴露至电除尘器，以便使待处理的空气经受电沉淀过程，以便从待处理的空气中分离固体和/或液体颗粒并且因此净化待处理的空气。空气输送装置可以被布置成使得吸入的空气达到在2m/s至10m/s范围内的速度。在穿过电除尘器之后，带电的空气可以以0.1m/s至0.5m/s范围内的流速流动，特别是被输送通过环境空气净化器。

电除尘器可以在8kV至16kV范围内的电除尘器的高压电场下产生稳定的DC等离子体。在发射电极处的等离子体电流可以在4μA至10μA。由于特别是在电除尘器中产生的负电荷，包含在待净化的空气中的至少一些氧气(O

为了分解由电除尘器产生的至少一些臭氧，使得臭氧不进入环境，根据本发明的环境空气净化器包括在空气流动方向上位于电除尘器下游的催化剂。根据本发明的环境空气净化器的决定性优点是，根据本发明布置的催化剂不损坏电除尘器，特别是空气的电离过程，使得沉淀程度与现有技术相比增加，其中同时避免了有害的臭氧扩散到周围环境中。例如，催化剂不直接连接在电除尘器的下游，即与电除尘器相距很短的距离，而是在其后面有很长的距离，使得可以可靠地排除电沉淀过程受到损害的可能性。催化剂通过催化过程或反应降低了处理过的空气中的臭氧浓度，并且因此降低了根据本发明的环境空气净化器的健康风险。催化剂的催化作用导致产生的臭氧分裂，从而产生对健康无害的氧分子。在该方面，提供了一种具有减少的健康风险和改进的沉淀效率的特别容易生产的环境空气净化器，该净化器的特征特别是在于节省空间、灵活和/或有性价比的特性。

根据环境空气净化器的示例性进一步改进，环境空气净化器包括特别是旋转的空气引导件，该空气引导件配置成将待处理和富含臭氧的空气从电除尘器引导至催化剂。例如，空气引导件以这样的方式形成：即，使得空气在其通向催化剂的路径上偏转至少10°、30°、45°、60°或约90°。根据示例性进一步改进，空气引导件具有偏转器本体，该偏转器本体特别地布置在空气引导件的旋转中心中，该偏转器本体布置成使由电除尘器处理的空气逆着重力方向偏转。例如，空气可在所有侧上均匀地流入环境空气净化器中，并且以有针对性的方式被引导和/或送至电除尘器，以便清洁空气。然后，清洁的空气被进一步引导，特别是在旋转中心的方向上通过空气引导件被引导，在偏转器本体处偏转并且逆着重力的方向(即向上)被引导回到环境空气净化器之外。发明人发现，在环境空气净化器侧面的空气含有特别大量的颗粒，换言之被特别严重污染，因此，特别严重污染的空气通过侧面处的空气入口流入环境空气净化器，并且能够从空气中沉淀出特别大量的颗粒。用该方式，可以特别有效且快速地清洁整个环境空气。向上的空气出口的优点是，环境空气净化器附近的人不会被离开环境空气净化器的空气吹到。根据示例性的进一步改进，偏转器本体被定形状为使得处理过的空气基本上在由其中心(特别是空气引导件的旋转中心)限定的旋转轴线的方向上偏转。根据另一示例性进一步改进，偏转器本体形成为旋转形状。可以提供的是，偏转器本体具有陀螺形状。替换地或附加地，偏转器本体具有特别是周向的偏转表面，该周向的偏转表面至少部分地为凹形，清洁空气在该周向的偏转表面上逆着重力方向(即向上)偏转。清洁后的空气可以被旋转成形的偏转器本体特别均匀地且可靠地偏转。偏转器本体可至少部分地弯曲，特别是弯曲，优选地凹入地弯曲，使得空气在偏转器本体上层流流动，使得可防止湍流(诸如漩涡)。

根据本发明的环境空气净化器的进一步的示例性实施例，催化剂具有网状载体，该网状载体可以例如具有特别细网蜂窝结构或蜂窝形状和/或设置有催化活性涂层，诸如贵金属或二氧化锰涂层。贵金属诸如铂、金或钯已经证明是特别有效的。催化活性涂层或物质可以设计成即使在正常环境温度下和/或使用单层网状载体也能实现空气中臭氧含量的显著降低。

在本发明的进一步的示例性实施例中，网状载体是细网膨胀金属或导电塑料网，其例如涂覆有金属。

在进一步的示例性实施例中，涂层通过基于气体或溶液的沉积工艺施加到载体。例如，可以使用湿式化学沉积、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)。或者，涂层可以喷溅上去。

根据本发明的示例性进一步改进，环境空气净化器包括放电(discharge，排放)系统，该放电系统在空气流动方向上位于电除尘器的下游且在催化剂的上游，用于中和在电除尘期间产生的离子。放电系统和催化剂可以例如被预组装成单元，特别是用于形成空气后处理装置。放电系统被设计成在将带静电的空气离子排放到周围环境中之前中和该带静电的空气离子，以便减小在电除尘期间产生的臭氧的潜在负面健康影响。可进一步装备放电系统，使得通过放电系统使空气平静，例如以减少流动湍流和/或引导空气流，使得空气可以以引导的、均匀的和/或平静的方式进入催化剂，这增加了催化剂的催化作用。

根据本发明的示例性进一步改进，放电系统是导电的和/或耐臭氧的。由于耐臭氧性，可以增加放电系统和/或臭氧催化剂的使用寿命。

根据本发明的环境空气净化器的进一步的示例性实施例，放电系统具有特别是多层的网或织物，诸如金属丝网或金属丝网格、金属网织物或非金属的、导电的塑料网织物。例如，塑料网可以涂覆有金属。放电系统也可以由网或织物等构成。由于放电系统的这种形式，其表面积可以在最小的空间中最大化，从而使其有效性最大化。例如，已经证明若干层是有利的，特别是至少两层、三层、四层、五层、六层或七层。对于多层而言，应特别地理解，层在流动方向上前后布置，例如在串联连接的意义上。

根据本发明的环境空气净化器的进一步的示例性实施例，放电系统形成有细网，使得防止液体和/或固体颗粒和/或空气离子不受阻碍地渗透。这确保每个颗粒和/或空气离子接触放电系统的电引导表面至少一次以便被中和。根据另一示例性实施例，形成放电系统以通过冲击中和离子。可以设计放电系统，使得当离子化液体和/或固体颗粒或空气离子与其接触时，中和效应就会显现。在另一示例性进一步改进中，放电系统形成有细网，使得放电系统的自由通路面积与材料(特别是网)的比率在5:1至10:1。已经证明该比率是特别有利的，尤其是关于高效率与尽可能低的压力损失之间的折衷，高效率将有利于小的通路面积，尽可能低的压力损失将有利于最大可能的通路面积/体积。

在本发明的进一步的示例性实施例中，放电系统可以包括金属泡沫(特别是镍和/或铜)或非金属的导电泡沫(特别是金属涂层的泡沫)。

根据示例性的进一步改进，泡沫形成有开孔。这确保了空气可以尽可能有效地流过泡沫。例如，泡沫可以是镀镍的铜泡沫。

根据本发明的进一步的示例性实施例，对电极用液体润湿，特别是用液体洗涤。例如，可以在对电极上形成至少间歇地移动的、特别是连续流动的液膜。

例如，对电极可以在其面向发射电极的表面上喷射液体，或者部分浸入液体或凝胶浴中，以便用液体连续润湿。例如，对电极、特别是其表面可以被至少间歇地移动的、特别是连续流动的液膜完全覆盖，其中液膜可以具有例如在0.1mm至1mm的范围内的膜厚度。对电极可以例如相对于重力方向倾斜，使得液体基本上在重力的影响下沿着对电极流动或向下流动。液膜可以例如理解为基本上完全覆盖对电极的封闭的、不间断的液体块。在示例性的进一步改进中，环境空气净化器包括用于使用液体润湿对电极的装置。液体润湿装置可以设置成利用单独的液体或与雾发生器一起实现对电极的润湿。例如，液体润湿装置可以形成为喷嘴或雾化器。在示例性的进一步改进中，液体润湿装置被适配成用于在对电极上形成至少间歇地移动的、特别是连续地流动的液膜。可以提供的是，液膜具有在0.1mm至1mm的范围内的膜厚度。在示例性的进一步改进中，电除尘器和液体润湿装置被配合成使得由电除尘器充电的颗粒进入润湿对电极的液体，特别是形成在对电极上的液膜。由电除尘器充电的颗粒被吸引到其对电极，并且因此可被截留在液体润湿物中并且被液体润湿物(特别是液膜)带走，特别是当颗粒中的清洁气流单独地继续并且最终分配回到周围环境中时。对电极的液体润湿还具有以下优点，即通过液体来清洁、特别是洗涤对电极的污染物或沉积物。例如，液体润湿装置可以具有操作状态，诸如关闭状态或预定的停用操作状态，在关闭状态或预定的停用操作状态中对电极未被润湿。液体通常是可流动的冲洗和/或收集介质，例如使用水，特别是还有雨水；吸湿性收集材料，诸如溶解在液体中的氢氧化钠；加热至一定温度例如使得达到液体聚集状态的凝胶，例如蜡或类似物；离子液体，诸如熔融或溶解的盐；或甚至高粘性的油，它们例如与导电颗粒(诸如铜)混合。例如，液体可以具有预定的最小电导率，例如至少0.005S/m。用水润湿对电极的优点在于，液体润湿装置和雾发生器一起可以特别容易地产生润湿。在进一步的示例性进一步改进中，环境空气净化器可以具有局部储液器。局部是指与单独的液体储存箱或单独的液体供应相比，液体储存箱是环境空气净化器的一部分和/或与环境空气净化器直接相关联。例如，液体储存箱位于电除尘器下方和/或液体润湿装置下方。液体储存箱可被设计成向液体润湿装置和/或雾发生器供应液体或水。一方面，这导致了环境空气净化器的结构紧凑，并且另一方面，液体可以利用重力以结构简单的方式返回到液体储存箱。在根据本发明的装置的进一步的示例性实施例中，储液器被集成到液体回路中，使得可能被颗粒污染的液体可以在润湿对电极之后返回到该储液器中。沉积的颗粒可以被液体夹带并且被输送到储液器中，该沉积的颗粒在储液器中被收集。已知的电除尘器通常具有以下缺点：它们变得被沉积的颗粒堵塞，即被污染，从而降低了电除尘器的沉淀效果。润湿液体防止沉淀的颗粒积聚和沉积在电除尘器的部件上并且以有针对性的方式消散颗粒，即，消散到储液器中。

根据本发明的可以与前述方面和示例性实施例组合的进一步的方面，提供了一种用于环境空气净化的方法，特别是使用根据本发明的环境空气净化器。

在根据本发明的方法中，首先，通过产生臭氧而从待净化的空气中电沉淀液体和/或固体颗粒。随后，将所产生的臭氧中的至少一部分从待处理且富含臭氧的空气催化分解。催化剂通过催化过程或反应降低了处理过的空气中的臭氧浓度，并且因此降低了根据本发明的环境空气净化器的健康风险。催化剂的催化作用导致产生的臭氧分裂，从而产生对健康无害的氧分子。根据本发明的空气净化器或环境空气净化方法具体特征在于节省空间、灵活且有性价比的特征，其中，空气中的臭氧减少是以低成本实现的，无需维护并且具有长的使用寿命，而同时实现了高度的电沉淀。

在从属权利要求中给出了优选实施例。

在下文中，通过参考附图对本发明的优选实施例的描述，本发明的进一步的特性、特征以及优点将变得清楚，在附图中：

图1是根据本发明的环境空气净化器的示例性实施例的原理示意图；

图2是根据本发明的环境空气净化器的示例性实施例的区段的剖视图；以及

图3是与放电系统组合的臭氧催化剂的示意性透视图。

在示例性实施例的以下描述中，根据本发明的环境空气净化器通常提供有附图标记1。环境空气净化器1可以根据运行状态或通过简单的设计扩展(即，空气加湿、空气净化、空气洗涤和颗粒沉淀)来实现不同功能，这使得空气净化特别有效。为了参考图1至图3对示例性实施例的描述，通过举例可以假设环境空气净化器1是落地式器具或小型电器，该落地式器具或小型电器主要被提供用于放置在建筑物房间中，例如放在桌子上或架子上。

图1示出了根据本发明的环境空气净化器的示例性实施例的示意图，以示出环境空气净化器的操作模式。根据图1的环境空气净化器1基本上具有以下主要部件：壳体3；电除尘器5；空气引导件7，根据图1该空气引导件具有中央偏转器本体9；以及空气后处理系统，该空气后处理系统在空气流动方向上连接在电除尘器5的下游，根据图1，空气后处理系统具有臭氧催化剂13以及在空气流动方向上看连接在臭氧催化剂13的上游的放电系统15。根据本发明的环境空气净化器1的所有部件都容纳在壳体3内。原则上，待处理的空气(其通常提供有附图标记17并且包含液体和/或固体颗粒)经由空气入口19在该侧上供给至壳体3的内部中并且供给至电除尘器5。在电沉淀过程之后，通常用附图标记20标记的沉淀的液体和/或固体颗粒被输送到同样布置在壳体3内部的收集容器21中，而用附图标记23标记的清洁的新鲜空气经由空气引导件7在空气后处理系统11的方向上偏转。在穿过空气后处理系统11之后，具有减少的臭氧含量的净化的清洁空气(该净化的清洁空气提供有参考标记25)经由空气出口在周围环境方向上离开壳体3或环境空气净化器1，该空气出口可以例如具有网格状或层状出口开口29。图2更详细地示出了空气引导件7，并且特别是将净化的且富含臭氧的空气流23送入空气后处理装置21中并且从设备1送出到周围环境中。图3中示出了空气后处理装置11的示意图。

图2中的环境空气净化器1的区段应理解为在图1所示的偏转器本体9的下游。根据图2中的实施例，环境空气净化器1还包括容纳在电子器件壳体31中的电子器件33，该电子器件特别地居中地布置，并且例如用于电除尘器5的高电压装置容纳在电子器件壳体中。带有附图标记35的实线箭头示意性地指示了偏转器本体9下游的空气流动方向。空气后处理系统11被示出为在电除尘器5的下游且在空气出口27的上游，在图2中示出的实施例中，该空气后处理系统例如由放电系统15和臭氧催化剂13的夹层结构构成。在图2中空气出口27是由彼此相距一定距离布置的多个薄片37形成的，这些薄片在它们之间为空气出口29留出了自由空间，空气35可以通过该自由空间从空气处理装置1进入周围环境中。如在图2中示意性地可见，空气后处理系统11经由夹具状壳体安装件39附接到环境空气净化器1的壳体3并且被保持在位。

在图4中还以透视图示意性地示出壳体安装件39。经由壳体安装件39，臭氧催化剂13和放电系统15被保护免受周围环境影响，并且特别地被密封免受液体影响。壳体安装件39包括多个安装接合部41，壳体安装件39可以经由这些安装接合部连接到环境空气净化器1的壳体3，例如通过螺纹连接。

图3示出了由连接在流动方向上游的排气系统15和连接在流动方向下游的臭氧催化剂13构成的示意性串联连接或夹层结构。空气后处理系统11由臭氧催化剂13和放电系统15的四个单独模块构成，以形成具有图2至图4的示例性实施例的矩形结构。例如，单独模块被定尺寸成使得它们以组装的形式形成方形。包括壳体安装件39的空气后处理系统11因此可以作为单元集成到环境空气净化器1中，并且如果需要更换则也可以拆卸。关于单独部件的臭氧催化剂13和放电系统15以及它们的实施例，参考前面的详细描述。

在以上描述、附图和权利要求中公开的特征，对于在各种实施例中实现本发明，无论单独地还是以任何组合形式都是重要的。

附图标记列表

1环境空气净化器

3壳体

5电除尘器

7空气引导件

9偏转器本体

11 空气后处理装置

13 臭氧催化剂

15 放电系统

17 待处理的空气

19 空气入口

20 沉淀颗粒

21 收集容器

23 净化的新鲜空气

25 用臭氧催化剂后处理的清洁空气

27 空气出口

29 空气出口

31 电子器件壳体

33 电子器件

35 偏转本体下游的空气流动方向

37 薄片

39 壳体安装件

41 安装接合部