DE102007047356A1

DE102007047356A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen eines heißen Luftstroms

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Publication number: DE102007047356A1
Application number: DE102007047356A
Authority: DE
Inventors: Manfred H Langner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-09
Also published as: WO2009046870A8; US20100282594A1; WO2009046870A1; EP2200664A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Reinigen eines heißen Luftstroms wird der Luftstrom durch eine Kühlvorrichtung und anschließend durch eine Filtervorrichtung geführt, die mindestens eine Plasma-Erzeugungseinrichtung (9) zur Entfernung von gasförmigen organischen Kohlenstoffverbindungen aufweist. Mit der Kühlvorrichtung wird der heiße Luftstrom auf Temperaturen unterhalb von 60°C abgekühlt. Der zu reinigende Luftstrom wird vor dem Eintritt in die Filtervorrichtung beschleunigt und mittels geeigneter Führungsflächen (11) umgelenkt. Eine Reinigungsvorrichtung (1) für einen heißen Luftstrom weist eine Filtervorrichtung mit einer Plasma-Erzeugungseinrichtung zum Entfernen von gasförmigen organischen Kohlenstoffverbindungen und eine der Filtervorrichtung vorgeschaltete Kühlvorrichtung auf. Die Kühlvorrichtung weist eine Sprühvorrichtung (5) für ein Kühlmittel auf. Die Filtervorrichtung weist ein offenporiges hydrophiles Schaumstoffmaterial (8), die Plasma-Erzeugungseinrichtung (9) und ein geeignetes Absorbermaerial auf, die nacheinander von dem Luftstrom durchströmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines heißen Luftstroms.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, die zum Reinigen eines Luftstroms vorteilhaft eingesetzt werden können. Dabei wird unter der Reinigung eines Luftstroms nicht nur das Herausfiltern unerwünschter Verunreinigungen verstanden, sondern auch das Abscheiden, Heraustrennen oder Zerstören bzw. Umsetzen von Partikeln, Aerosolen, Kondensat, Feuchtigkeit und insbesondere von gasförmigen organischen Kohlenstoff- und Kohlenwasserstoffverbindungen.
Ein Herausfiltern oder Zersetzen von gasförmigen organischen Kohlenstoff- oder Kohlenwasserstoffverbindungen ist insbesondere dann zweckmäßig und wünschenswert, wenn der Luftstrom unangenehme Gerüche enthält oder nach der Reinigung des Luftstroms eine Geruchsbelästigung vermieden werden soll.
Es sind Verfahren bekannt, bei welchen beispielsweise durch mechanische Prallfilter oder geeignete Absorptionsmaterialien, wie beispielsweise Aktivkohle, kleine Partikel und Kondensatteilchen aus dem Luftstrom herausgefiltert und abgeschieden werden.
Wenn es sich bei dem zu reinigenden Luftstrom um einen heißen Luftstrom handelt, wie er beispielsweise aus einem Heißluftdämpfer austreten kann, so muss sichergestellt werden, dass der Luftstrom ausreichend abgekühlt ist, bevor er mit der temperaturempfindlichen Aktivkohle in Berührung kommt. In diesem Zusammenhang wird als heißer Luftstrom ein Luftstrom bezeichnet, dessen Temperatur deutlich oberhalb der Raumtemperatur liegt und beispielsweise 150°C oder sogar mehr als 250°C beträgt. Ein heißer Luftstrom tritt beispielsweise beim Öffnen der Türe eines Heißluftdämpfers aus, wie er für die private oder industrielle Speisenzubereitung verwendet wird.
Um eine ausreichend Abkühlung des heißen Luftstroms sicherzustellen, ist es aus der Praxis bekannt, den Luftstrom entweder auf einer ausreichend langen Verzögerungsstrecke bis zur Aktivkohle zu führen, so dass eine hinreichende Abkühlung des Luftstroms erfolgen kann, oder aber den Luftstrom durch eine Kühlvorrichtung zu leiten.
Es sind auch andere Reinigungsverfahren bekannt, bei denen weitgehend oder vollständig unabhängig von der Temperatur des Luftstroms eine Reinigungswirkung erzielt werden kann. Ein Beispiel für eine temperaturunabhängige Reinigung eines Luftstroms sind die bekannten Plasma-Reinigungsverfahren, bei denen durch eine geeignete Plasma-Erzeugungseinrichtung ein Plasma in dem Luftstrom erzeugt wird, welches unter anderem gasförmige organische Kohlenstoffverbindungen wirkungsvoll zersetzt und eine von diesen Kohlenstoffverbindungen bewirkte Geruchsbelästigung neutralisiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reinigen eines heißen Luftstroms so auszugestalten, dass in möglichst kurzer Zeit und mit möglichst geringem Aufwand eine möglichst effektive Reinigungswirkung erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Reinigen eines heißen Luftstroms gelöst, wobei der Luftstrom durch eine Kühlvorrichtung und anschließend durch eine Filtervorrichtung geführt wird, die mindestens eine Plasma-Erzeugungseinrichtung zur Entfernung von gasförmigen organischen Kohlenstoffverbindungen aufweist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine mehrstufige Filtervorrichtung, bei der verschiedene Reinigungsverfahren, wie beispielsweise mechanische Reinigung, Absorption oder elektrostatische Filterverfahren zum Einsatz kommen. Untersuchungen haben ergeben, dass mit einer Kombination der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte innerhalb kurzer Zeit und bei geringem Raumbedarf eine überraschend effiziente Reinigung und wirksame Geruchsbeseitigung eines zu reinigenden heißen Luftstroms möglich ist. Es hat sich gezeigt, dass auch die Kombination eines weitgehend temperaturunabhängigen Reinigungsverfahrens wie das der Plasmareinigung mit einer vorausgehenden Kühlung des Luftstroms eine Verbesserung des Reinigungsverfahrens bewirken kann, insbesondere wenn neben der Plasmareinigung auch weitere Verfahrensschritte zur Reinigung des Luftstroms vorgesehen sind bzw. weitere Reinigungsverfahren zur Anwendung kommen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der heiße Luftstrom mittels der Kühlvorrichtung auf Temperaturen unterhalb von 60°C abgekühlt wird, bevor der abgekühlte Luftstrom anschließend der Filtervorrichtung zugeführt wird. Während beispielsweise mechanische Prallfilter auch höhere Temperaturen aushalten können, werden absorbierende Filtermaterialien, wie beispielsweise Aktivkohle bei Temperaturen oberhalb von 50°C–60°C zunehmend weniger effektiv werden und gegebenenfalls wirkungslos oder zerstört werden können. Indem der heiße Luftstrom auf Temperaturen unterhalb von 60°C oder sogar 50°C abgekühlt wird, kann sichergestellt werden, dass es im Hinblick auf die Temperatur des Luftstroms nicht mehr auf die Reihenfolge der im Anschluss daran durchgeführten Reinigungsschritte ankommt und die einzelnen Reinigungsschritte allein im Hinblick auf die erzielbare Reinigungswirkung miteinander kombiniert und in einer vorgegebenen Reihenfolge durchlaufen werden können.
Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass der zu reinigende Luftstrom vor dem Eintritt in die Filtervorrichtung beschleunigt wird. Es hat sich herausgestellt, dass durch eine Beschleunigung des zu reinigenden Luftstroms eine effiziente Erfassung des zu reinigenden Luftstroms und dessen Zuführung zu der Filtervorrichtung begünstigt wird. Eine infolge der Beschleunigung des zu reinigenden Luftstroms gegebenenfalls unvermeidbare Verminderung der Kühlwirkung einer vorgegebenen Kühlvorrichtung fällt in der Praxis nicht merklich ins Gewicht.
Die Wirksamkeit einzelner Reinigungsverfahrensschritte bzw. der jeweils verwendeten Filtervorrichtungen kann dadurch verbessert werden, dass der zu reinigende Luftstrom mittels geeigneter Führungsflächen umgelenkt wird. Die Führungsflächen können dabei entweder eine vorgegebene Verringerung der effektiven Querschnittsfläche des Luftstroms erzwingen oder aber eine gleichmäßige Verteilung des zu reinigenden Luftstroms über die aktive Querschnittsfläche einer nachfolgenden Filtervorrichtung verteilen.
Die Erfindung betrifft auch eine Reinigungsvorrichtung für einen heißen Luftstrom, die erfindungsgemäß eine mehrstufige Filtervorrichtung mit mindestens einer Plasma-Erzeugungseinrichtung zur Entfernung von gasförmigen organischen Kohlenstoffverbindungen und eine der Filtervorrichtung vorgeschalteten Kühlvorrichtungen aufweist.
Vorzugsweise weist die Kühlvorrichtung eine Sprühvorrichtung für ein Kühlmittel auf. Insbesondere bei Verwendung eines flüssigen Kühlmittels, wie beispielsweise Wasser oder eine andere geeignete Kühlflüssigkeit, kann gleichzeitig mit der Abkühlung des heißen Luftstroms auch eine Reinigung des heißen Luftstroms erfolgen, indem Partikel oder Kondensattröpfchen durch die versprühte Kühlflüssigkeit ausgewaschen und über einen Sammelsumpf abgeführt werden.
Es ist natürlich auch denkbar, anstelle einer Sprühvorrichtung für ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel einen Wärmetauscher mit gekühlten Oberflächen vorzusehen, der auch ohne Verwendung eines Kühlmittels eine Abkühlung des heißen Luftstroms herbeiführen kann.
Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Filtervorrichtung ein offenporiges hydrophiles Schaumstoffmaterial, die Plasma-Erzeugungseinrichtung und ein geeignetes Absorbermaterial aufweist, die nacheinander von dem Luftstrom durchquert werden. Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung einer mehrstufigen Filtervorrichtung und insbesondere durch die Kombination eines mechanischen Filter- und Abscheidevorgangs, wie er durch das offenporige hydrophile Schaumstoffmaterial bewirkt wird, mit einer Plasmareinigung und einem anschließenden Filtervorgang mittels eines Absorbermaterials, beispielsweise mittels Aktivkohle zu einer besonders effizienten Reinigungswirkung führt. Mit der Plasma-Erzeugungseinrichtung wird dabei in besonders vorteilhafter Weise eine dielektrisch behinderte Entladung in dem zu reinigenden Luftstrom erzwungen, mittels der Geruchsstoffe und insbesondere gasförmige organische Kohlenstoffverbindungen zerstört bzw. zersetzt und damit neutralisiert werden können.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Filtervorrichtung zusätzlich einen Elektrofilter aufweist. Die aus der Praxis bekannten Elektrofilter weisen dabei üblicherweise eine Ionisierungseinrichtung und einen Kollektor auf, die in dem Luftstrom mitgeführten Partikel und Kondensattröpfchen werden mittels der Ionisierungseinrichtung elektrisch aufgeladen und an den entgegengesetzt elektrisch geladenen Kollektorflächen abgeschieden. Vorzugsweise ist dabei der Elektrofilter in Strömungsrichtung vor der Plasmaerzeugungseinrichtung angeordnet. Eventuell durch das offenporige hydrophile Schaumstoffmaterial nicht herausgefilterte Partikel oder Tröpfchen können anschließend durch den Elektrofilter der Luftströmung entzogen werden, so dass eine grob weitgehend vorgereinigte Luftströmung anschließend besonders effektiv durch das erzeugte Plasma behandelt und von weiteren Verunreinigungen und insbesondere von Gerüchen befreit werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung eines Elektrofilters in dieser Anordnung von einzelnen Reinigungsschritten auch der gefürchtete Blaurauch zuverlässig und effektiv aus der Luftströmung entfernt werden kann. Bei Blaurauch handelt es sich um gesundheitsschädliche Reste einer unvollständigen Verbrennung, bzw. Erhitzung von Fettpartikeln, die mit bekannten Filtermethoden oftmals nur aufwendig oder unvollständig aus einem Luftstrom herausgefiltert werden können.
In besonders vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Reinigungsvorrichtung einen Lufteinlass mit einer sich verengenden und sich anschließend erweiternden Einlassöffnung aufweist. Durch die sich verengende düsenförmige Einlassöffnung wird eine Beschleunigung des durch den Lufteinlass einströmenden Luftstroms in einem Ansaugbereich vor dem Lufteinlass erzwungen, die zu einer wesentlich verbesserten Erfassung der zu reinigenden Luft führt. Durch die sich anschließend wieder in einer strömungstechnisch vorteilhaften Gestaltung und Flächenführung erweiternde Einlassöffnung wird eine Abbremsung des einströmenden Luftstroms bewirkt, ohne dass ein Strömungsabriss erfolgt. Auf diese Weise können größere mitgerissene Partikel und Kondensattröpfchen bereits allein durch die Abbremsung des Luftstroms abgeschieden werden. Gleichzeitig wird eine gleichmäßige Verteilung der einströmenden Luftmassen auf die nachfolgenden Filtereinrichtungen begünstigt.
Um die Strömungseigenschaften der Luftströmung während des Durchgangs durch die Filtervorrichtung vorteilhaft beeinflussen zu können, ist vorgesehen, dass die Reinigungsvorrichtung mehrere nebeneinander angeordnete Lüfter aufweist. Mit den vereinfacht als Lüfter bezeichneten Strömungserzeugungseinrichtungen kann die Strömungsgeschwindigkeit des durch die Filtervorrichtung geführten Luftstroms beeinfluss werden. Auch ist denkbar, dass im Hinblick auf eine vorteilhafte Raumnutzung der Luftstrom einmal oder mehrfach um eine Ecke geleitet wird oder seine Richtung geändert wird, so dass zur Vermeidung einer unerwünschten Herabsenkung der Strömungsgeschwindigkeit zusätzliche Lüfter erforderlich werden. Da insbesondere bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung mit Heißluftdämpfern kurzzeitig große Mengen an heißer und zu reinigender Luft erzeugt werden, die dann möglichst effektiv angesaugt und durch die Kühlvorrichtung und anschließende Filtervorrichtung geführt werden müssen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, anstelle eines einzelnen, groß dimensionierten Lüfters mehrere kleinere, nebeneinander angeordnete Lüfter zu verwenden. Die mehreren Lüfter können vergleichsweise schneller zwischen einer langsamen und einer starken Lüfterstufe umgeschaltet werden, wenn dies auf Grund der schlagartig anstehenden großen heißen Luftmenge erforderlich wird, wie sie üblicherweise beim Öffnen eines Heißluftdämpfers entsteht.
Um die räumliche Verteilung des zu reinigenden Luftstroms während des Durchströmens der Filtervorrichtung in vorteilhafter Weise vorgeben zu können, ist vorgesehen, dass in Strömungsrichtung mehrere Führungsflächen nebeneinander angeordnet sind. Durch die Führungsflächen lässt sich mit einfachen Mitteln beispielsweise eine möglichst gleichmäßige oder aber eine kleine Querschnittsfläche reduzierter Strömungsführung herbeiführen oder zumindest begünstigen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht einer Reinigungsvorrichtung und
2 eine schematische Schnittansicht einer anderen Reinigungsvorrichtung.
Die in 1 schematisch dargestellte Reinigungsvorrichtung 1 weist eine sich verengende und anschließend sich erweiternde Einlassöffnung 2 auf, die durch zwei im Abstand zueinander angeordnete, gekrümmt verlaufende Strömungsführungsbleche 3, 4 begrenzt wird. Die angesaugte und durch die Einlassöffnung 2 eintretende zu reinigende Luftströmung wird durch den sich verengenden Querschnitt der Einlassöffnung 2 beschleunigt, so dass die zu reinigende Luft effektiver angesaugt und der Erfassungsbereich der Reinigungsvorrichtung 1 vergrößert wird.
Unmittelbar nach der Einlassöffnung 2 ist eine Sprühvorrichtung 5 für ein flüssiges Kühlmittel angeordnet. Die Sprühvorrichtung 5 weist mehrere in Strömungsrichtung ausgerichtete Sprühdüsen 6 auf, mit welchen das flüssige Kühlmittel in den zu reinigenden Luftstrom eingesprüht und verteilt werden kann. An einer Unterseite der Reinigungsvorrichtung befindet sich ein Sammelsumpf 7 zum Sammeln und anschließenden Abführen des versprühten flüssigen Kühlmittels. Im Anschluss daran befindet sich in Strömungsrichtung folgend eine die für die Luftströmung zur Verfügung stehende Querschnittsfläche vollständig bedeckende Schicht aus einem offenporigen, hydrophilen Schaumstoffmaterial 8. Mit diesem offenporigen, hydrophilen Schaumstoffmaterial werden feste Partikel und Flüssigkeitströpfchen aus dem Luftstrom herausgefiltert und abgeführt. Das offenporige hydrophile Schaumstoffmaterial hat in diesem Zusammenhang die sehr vorteilhafte Eigenschaft, dass trotz eines geringen Strömungswiderstandes Kondensattröpfchen und Verunreinigungen effektiv aus dem Luftstrom herausgefiltert und in einem selbst reinigenden Prozess auch aus dem offenporigen hydrophilen Schaumstoffmaterial selbst abgeführt und dem Sammelsumpf 7 zugeführt werden. Auch bei großen Strömungsgeschwindigkeiten werden bei dem offenporigen hydrophilen Schaumstoffmaterial kaum anhaftende, bzw. abgeschiedene Flüssigkeitströpfchen mitgerissen, sondern effektiv entlang der Materialoberflächen gesammelt und der Schwerkraft folgend nach unten abeführt.
Im Anschluss an das offenporige hydrophile Schaumstoffmaterial 8 ist in Strömungsrichtung eine Plasma-Erzeugungseinrichtung 9 angeordnet, die eine dielektrisch behinderte Entladung herbeiführt und dadurch ein Plasma erzeugt, welches zur Entfernung von gasförmigen organischen Kohlenstoffverbindungen führt.
Um einen möglichst geringen Raumbedarf zu ermöglichen, wird die zu reinigende Luftströmung anschließend mittels mehrerer nebeneinander angeordneter Lüfter 10 und im Anschluss daran angeordneter gekrümmter Führungsflächen 11 in eine entgegengesetzte Strömungsführung umgelenkt.
Die zu reinigende Luftströmung wird dann einem Elektrofilter 12 mit einer Ionisierungseinrichtung 13 und Kollektorflächen 14 zugeführt.
Im Anschluss daran befinden sich in Strömungsrichtung mehrere Kartuschen 15, die mit Aktivkohle 16 oder einem ähnlich geeigneten Absorptionsmaterial befüllt sind.
Die Luftströmung kann anschließend durch geeignete Öffnungen an einer Oberseite 17 der Reinigungsvorrichtung 1 wieder austreten.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel einer Reinigungsvorrichtung 1 gemäß 2 befindet sich im Bereich einer ohne Strömungsführungsbleche ausgestalteten Einlassöffnung 2 ein Wärmetauscher 18, der anstelle der in 1 dargestellten Sprühvorrichtung 5 eine Abkühlung des durch die Einlassöffnung 2 einströmenden Luftstroms bewirkt.
Anstelle der in 1 dargestellten Kartuschen 15, die mit Aktivkohle 16 befüllt sind, wird der Luftstrom bei der Reinigungsvorrichtung 1 gemäß 2 vor seinem Austritt aus der Reinigungsvorrichtung 1 durch eine Matte 19 aus Aktivkohle geführt. An Stelle einer Matte 19 kann auch eine lose Schüttung oder dergleichen aus einem geeigneten Absorbermaterial vorgesehen sein.

Claims

Verfahren zum Reinigen eines heißen Luftstroms, wobei der Luftstrom durch eine Kühlvorrichtung und anschließend durch eine Filtervorrichtung geführt wird, die mindestens eine Plasma-Erzeugungseinrichtung 9 zur Entfernung von gasförmigen organischen Kohlestoffverbindungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der heiße Luftstrom mittels der Kühlvorrichtung auf Temperaturen unterhalb von 60°C abgekühlt wird, bevor der abgekühlte Luftstrom anschließend der Filtervorrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu reinigende Luftstrom vor dem Eintritt in die Filtervorrichtung beschleunigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu reinigende Luftstrom mittels geeigneter Führungsflächen (11) umgelenkt wird.
Reinigungsvorrichtung für einen heißen Luftstrom mit einer Filtervorrichtung, die mindestens eine Plasma-Erzeugungseinrichtung (9) zur Entfernung von gasförmigen organischen Kohlenstoffverbindungen aufweist und mit einer der Filtervorrichtung vorgeschalteten Kühlvorrichtung.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung eine Sprühvorrichtung (5) für ein Kühlmittel aufweist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung ein offenporiges hydrophiles Schaumstoffmaterial (8), die Plasma-Erzeugungseinrichtung (9) und ein geeignetes Absorbermaterial aufweist, die nacheinander von dem Luftstrom durchströmt werden.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung zusätzlich einen Elektrofilter (12) aufweist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrofilter (12) in Strömungsrichtung vor der Plama-Erzeugungseinrichtung (9) angeordnet ist.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) einen Lufteinlass mit einer sich verengenden und anschließend sich erweiternden Einlassöffnung (2) aufweist.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) mehrere nebeneinander angeordnete Lüfter (10) aufweist.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5–11, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung mehrere Führungsflächen (11) nebeneinander angeordnet sind.