DE4408897A1 - Inhalation oxygen and other gases ionisation device - Google Patents
Inhalation oxygen and other gases ionisation deviceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur partiellen Ionisation von strömen den Gasen oder Gasgemischen. Neben einem hohem Ionisationsgrad der Gase ist insbesondere eine anwendungsangepaßte Regelung der Intensität und der Richtung des Ionenstroms möglich. Die bei der Ionisation von sauerstoffhal tigen Gasen in Entladungsstrecken auftretende Ozonbildung wird vermieden.The invention relates to a device for the partial ionization of streams the gases or gas mixtures. In addition to a high degree of ionization of the gases is, in particular, an application-specific regulation of the intensity and the Possible direction of the ion current. The in the ionization of oxygen ozone formation occurring in discharge paths is avoided.
Der gegenwärtige Stand der Technik bei der Ionisierung von Sauerstoff zu Inhalationszwecken ist in den Patentschriften DE 34 01 378, DE 40 22 393, DE 41 06 217 und G 93 01 194.6 beschrieben. Vorrichtungen für die Ionisa tion von Luft zur Keim- und Pollenreduzierung werden in den Schriften DE 41 08 335 und DE 36 20 666 dargestellt.The current state of the art in ionizing oxygen Inhalation is described in the patents DE 34 01 378, DE 40 22 393, DE 41 06 217 and G 93 01 194.6. Devices for the ionisa tion of air for reducing germs and pollen are described in DE 41 08 335 and DE 36 20 666 shown.
Die Ionisation des Sauerstoffs erfolgt in allen in Betracht zu ziehenden Schriften durch die Emission von Elektronen in einem elektrischen Feld zwi schen zwei Elektroden. Die dafür notwendige Hochspannung wird in Hoch spannungs-generatoren, in der Regel durch Hochspannungskaskaden, er zeugt. Die Ionisationselektroden bestehen dabei aus Anordnungen von Dräh ten, Nadeln oder elektrisch leitenden Fasern. Die Entladungselektroden sind im allgemeinen als flächenhaft geformte Kollektorplatten, Siebe oder Gitter gefertigt. Diese Vorrichtungen ermöglichen entsprechend der verwendeten Hochspannung und der Elektrodenanordnung eine in der Intensität, d. h. in der Anzahl der erzeugten Ionen pro Volumen- und Zeiteinheit, unterschiedlich starke Ionisation der Gase im elektrischen Feld zwischen den Elektroden. Außerhalb der Ionisations- und Entladungsstrecke gelangen naturgemäß nur wenige der ionisierten Moleküle, so daß der Grad der Ionisierung eines Gases oder Gasgemisches, der so erzeugt werden kann, sehr gering ist. Die Effektivi tät dieser Vorrichtung wird im wesentlichen von der Höhe der verwendeten Spannung bestimmt, die sich nach dem speziellen konstruktiven Aufbau, ins besondere nach dem Elektrodenabstand richtet.The ionization of the oxygen takes place in all those to be considered Writings by the emission of electrons in an electrical field between two electrodes. The high voltage required for this becomes high voltage generators, usually through high-voltage cascades, he testifies. The ionization electrodes consist of arrangements from Dräh ten, needles or electrically conductive fibers. The discharge electrodes are generally as flat shaped collector plates, sieves or grids manufactured. These devices allow according to the one used High voltage and the electrode arrangement one in intensity, i.e. H. in the Number of ions generated per unit of volume and time, different strong ionization of the gases in the electric field between the electrodes. Naturally only get outside the ionization and discharge path few of the ionized molecules, so the degree of ionization of a gas or gas mixture that can be generated in this way is very low. The effectiveness act this device is essentially from the amount of used Tension determines, which depends on the special construction, ins especially depends on the distance between the electrodes.
Bei der Ionisation von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen in herkömm lichen Vorrichtungen und Geräten wird durch die Entladungsvorgänge immer Ozon erzeugt. Um dessen Anteil in den freigesetzten Gasen in den festgelegten Grenzwerten zu halten, wird die Höhe der verwendeten Spannung begrenzt, was sich nachteilig auf die Intensität der Ionisation auswirkt.When ionizing oxygen or oxygen-containing gases in conventional Lichen devices and devices is always by the discharge processes Generates ozone. By its share in the released gases in the specified Keeping limits, the amount of voltage used is limited, which adversely affects the intensity of ionization.
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Vorrichtung zur Ionisierung eines Gasstrom aus Sauerstoff oder einem anderen Inhalationsgas zu ent wickeln, bei der bei der Ionisation die Bildung von Ozon vermieden wird, und mit der die Intensität der Ionisation in einem weiten Bereich geregelt werden kann.The object of the invention was to provide a device for ionization ent a gas stream of oxygen or another inhalation gas winding which prevents the formation of ozone during ionization, and with which the intensity of the ionization can be regulated in a wide range can.
Die Aufgabe wurde nach Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die Ionisation nicht innerhalb einer Entladungsstrecke, bestehend aus einer Anode und Katode, er folgt, sondern in einem positiv oder negativ gerichteten, offenen elektrischen Feld. Die Ionisationsvorrichtung besteht aus einer flächenhaft gestalteten Ionisationselektrode, die aus elektrisch leitenden Metallblechen oder leitenden Nichtmetallmaterialien gefertigt ist. Die Ionisation erfolgt durch Feldemission an den Kanten der Flächen oder an scharfen Konturen auf der Oberfläche der Formteile. Die Formgebung der Elektrode, der sie umgebenden Hülle und des Gehäuses kann dem verwendeten Inhalationsgerät (Inhalationshaube, -trichter oder -maske) angepaßt werden. Die Abb. 1-3 zeigen je ein Ausfüh rungsbeispiel für unterschiedliche Inhalationsgeräte.The object was achieved according to claim 1 in that the ionization does not follow within a discharge path, consisting of an anode and cathode, but in a positive or negative direction, open electrical field. The ionization device consists of a flat ionization electrode, which is made of electrically conductive metal sheets or conductive non-metal materials. Ionization occurs through field emission at the edges of the surfaces or at sharp contours on the surface of the molded parts. The shape of the electrode, the surrounding sheath and the housing can be adapted to the inhalation device used (inhalation hood, funnel or mask). Fig. 1-3 each show an embodiment for different inhalation devices.
Das Inhalationsgas und die Hochspannung werden vom Hochspannungser zeuger (1) mit Regeleinheiten (2) über eine flexible oder feste Leitung (3) zum Elektrodengehäuse (4) mit der Elektrode (5) und der sie umgebenden Hülle (6) geführt. Durch die Verwendung von Normanschlüssen (7) in Form von Hochspannungssteckverbindungen (7) für das Hochspannungskabel (8) und für die Schlauchverbindungen (9) des Gasschlauches (10), können so am gleichen Gerät unterschiedliche, der Therapie angepaßte, Elektroden und Inhalationsgeräte verwendet werden. Durch die hohe Intensität der Ionisation, die mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht wird, ist die Verwendung von Inhalationsgeräten nicht nur auf Atemmasken beschränkt. Für die Ionisation eines Sauerstoff-Luft-Gemisches, wie es bei der Sauerstofftherapie verwendet wird, kann als Inhalationsgerät z. B. auch eine große Inhalationshaube verwendet werden. Die Abb. 4 zeigt eine Anordnung, wie sie für die Sauerstoffmehrschritttherapie mit Belastung verwendet werden kann. Dabei wird entweder der reine Sauerstoff oder das Sauerstoff-Luft- Gemisch ionisiert. Der Vorteil dieser Anordnung besteht vor allem in der Möglichkeit, größere, nicht unmittelbar auf die Atmungsorgane aufzusetzende Inhalationshauben zu verwenden.The inhalation gas and the high voltage are generated by the high voltage generator ( 1 ) with control units ( 2 ) via a flexible or fixed line ( 3 ) to the electrode housing ( 4 ) with the electrode ( 5 ) and the sheath ( 6 ) surrounding it. By the use of standard connectors (7) in the form of high-voltage plug connections (7) for the high-voltage cable (8) and the hose connections (9) of the gas tube (10) can be so different in the same device, the therapy matched, electrodes, and inhalers are used . Due to the high intensity of ionization, which is achieved with the device according to claim 1, the use of inhalation devices is not limited to breathing masks. For the ionization of an oxygen-air mixture, such as is used in oxygen therapy, z. B. a large inhalation hood can also be used. Fig. 4 shows an arrangement as it can be used for multi-step oxygen therapy with exercise. Either the pure oxygen or the oxygen-air mixture is ionized. The advantage of this arrangement is above all the possibility of using larger inhalation hoods that are not to be placed directly on the respiratory organs.
Die Abb. 5-7 zeigen einige Ausführungsbeispiele von Elektrodenan ordnungen für eine intensitäts- und richtungsabhängige Ionisation. Dies ist insbesondere für die Regelung der Intensität der Ionisaton (Anzahl der Ionen, die pro Zeit- und Volumeneinheit im Gas erzeugt werden) von Bedeutung. Die zur Ionisation wirksame Kantenlänge kann durch sägezahnartige Ausformun gen oder durch Einschnitte in Ionisationsrichtung vergrößert werden. Die Faltung des Elektrodenmaterials verhindert eine Ionisation in Richtung der Faltung. Fig. 5-7 show some embodiments of electrode arrangements for an intensity and direction-dependent ionization. This is particularly important for the regulation of the intensity of the ionization (number of ions which are generated in the gas per unit of time and volume). The effective edge length for ionization can be increased by sawtooth-like formations or by incisions in the direction of ionization. The folding of the electrode material prevents ionization in the direction of the folding.
Für die Ionisation von Gasen durch Feldemission an solchen Elektroden sind wesentlich höhere Spannungen erforderlich als bei Koronaentladungen in Entladungsstrecken. Erfindungsmäßig wird dies nach Anspruch 1 dadurch gelöst, daß als Hochspannung eine induktiv erzeugte, asymmetrische Wechselspannung mit stark ausgeprägten Spannungsspitzen verwendet wird. Diese wird nach der Transformation gleichgerichtet und erzeugt an der Ionisa tionselektrode ein stark inhomogenes, pulsierendes Gleichfeld, mit dem posi tive oder negative Ladungen von der Oberfläche der Elektrode abgelöst wer den. Als Gegenpol des Feldes dient die Umgebung, insbesondere das aus strömende Gas, und das Inhalationsgerät. Um bei einer Anwendung im thera peutischem Bereich mögliche schädigende Einflüsse der elektrischen Ladun gen auf den Patienten zu vermeiden, muß die Intensität der Ionisation in einem weiten Bereich regelbar sein.For the ionization of gases by field emission on such electrodes much higher voltages are required than with corona discharges in Discharge routes. According to the invention, this is according to claim 1 solved that as an inductively generated, asymmetrical high voltage AC voltage with pronounced voltage peaks is used. This is rectified after the transformation and generated on the Ionisa tion electrode a strongly inhomogeneous, pulsating DC field, with the posi tive or negative charges detached from the surface of the electrode the. The environment, in particular that, serves as the opposite pole of the field flowing gas, and the inhaler. In order to be used in thera possible harmful effects of electrical charging To avoid the patient, the intensity of ionization must be in one wide range can be regulated.
Die Regelung der Intensität der Ionisation erfolgt erfindungsmäßig nach An spruch 2 durch die Veränderung mehrerer Parameter. Neben der Höhe der Primärspannung und dem Aufbau der Hochspannungsspule, ist bei einer in duktiv erzeugten Hochspannung vor allem die Form, d. h., der zeitliche Verlauf der Eingangsspannung ein entscheidender Parameter für die Höhe der erzeug ten Spannung. Durch die Veränderung der Eingangsimpulse sowie die Durchstimmbarkeit der Frequenz, bietet die Vorrichtung weitere Möglichkei ten einer anwendungsangepaßten Regelung der Intensität der Ionisation. Dadurch kann die Impulsfrequenz bei der Ionisation z. B. so gewählt werden, daß eine gute biologische Verträglichkeit gewährleistet ist.According to the invention, the intensity of the ionization is regulated according to An say 2 by changing several parameters. In addition to the amount of Primary voltage and the construction of the high-voltage coil, is in one ductively generated high voltage especially the shape, d. that is, the course over time the input voltage is a crucial parameter for the amount of generated tension. By changing the input pulses as well Tunability of the frequency, the device offers further possibilities application-specific regulation of the intensity of the ionization. This allows the pulse frequency in the ionization z. B. can be chosen that good biological compatibility is guaranteed.
Mit der Gestaltung der Ionisationselektrode als flächenhafte Anordnung aus leitenden Materialien, bildet die Elektrode als kapazitive Anordnung mit der Hochspannungsspule einen offenen Reihenschwingkreis. Die Anpassung der Frequenz der Primärspannung an die Eigenfrequenz dieses Schwingkreises erzeugt an der Elektrode eine zusätzliche Spannungserhöhung und damit eine weitere Möglichkeit für die genaue, anwendungsspezifische Regelung der In tensität der Ionisation der durchströmenden Gase.With the design of the ionization electrode as a flat arrangement conductive materials, forms the electrode as a capacitive arrangement with the High voltage coil an open series resonant circuit. The adjustment of the Frequency of the primary voltage at the natural frequency of this resonant circuit generates an additional voltage increase at the electrode and thus one Another possibility for the precise, application-specific regulation of the In Intensity of the ionization of the gases flowing through.
Die Lenkung des Ionenstroms wird erfindungsmäßig nach Anspruch 3 durch die Formgebung der Ionisationselektrode und der Hülle um die Elektrodenan ordnung realisiert. Diese ist aus hochspannungsfestem, an der inneren Ober fläche aufladbarem Material gefertigt. Die durch die Ladungen im Gasstrom aufgeladene, innere Fläche der Hülle bildet eine Äquipotentialfläche des von der Elektrode ausgehenden elektrischen Feldes. Neben einer Abschirmung des Feldes nach außen wird dadurch vor allem eine Rekombination der Ionen an den Gefäßwänden verhindert. Gleichzeitig wird durch die geometrische Aus formung der Hülle eine Möglichkeit zur Lenkung des Ionenstroms geschaffen. Die Vermeidung der Ozonbildung bei der Ionisation von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasgemischen wird erfindungsmäßig nach Anspruch 1 dadurch realisiert, daß in der Ionisationsvorrichtung keine Entladungselektro de vorhanden ist. Der Ladungsausgleich des ionisierten Gasstroms erfolgt nur durch die Rekombination der Ionen mit der Umgebung, wobei kein Ozon er zeugt wird. Die Einhaltung der sicherheitstechnisch notwendigen Abstände zwischen der Ionisationselektrode und den geerdeten Gegenständen wird durch das Abdeckgitter (8) an der Gasaustrittsöffnung gewährleistet.The steering of the ion current is realized according to the invention by the shape of the ionization electrode and the sheath around the electrode arrangement. This is made of high-voltage-resistant material that can be charged on the inner surface. The inner surface of the envelope, which is charged by the charges in the gas stream, forms an equipotential surface of the electric field emanating from the electrode. In addition to shielding the field from the outside, this primarily prevents recombination of the ions on the vessel walls. At the same time, the geometric shape of the shell creates a possibility for directing the ion current. The avoidance of ozone formation during the ionization of oxygen or oxygen-containing gas mixtures is achieved according to the invention according to claim 1 in that no discharge electrode is present in the ionization device. The charge equalization of the ionized gas flow takes place only through the recombination of the ions with the environment, whereby no ozone is generated. Compliance with the safety-relevant distances between the ionization electrode and the grounded objects is ensured by the cover grille ( 8 ) at the gas outlet opening.
Der erfindungsmäßige Vorsprung der Vorrichtung besteht vor allem in der zu erreichenden hohen Intensität der Ionisation, der umfangreichen Möglichkei ten zur anwendungsangepaßten Regelung der Intensität der Ionisation und der absolut ozonfreien Arbeitsweise. Ein Vorteil, der beim Einsatz der Vorrichtung bei der Sauerstoffmehrschritttherapie von besonderer Bedeutung ist.The inventive advantage of the device consists primarily in the reaching high intensity of ionization, the extensive possibility for application-specific control of the intensity of the ionization and the absolutely ozone-free working method. An advantage of using the device is of particular importance in oxygen multi-step therapy.
BezugszeichenlisteReference list
1 Hochspannungserzeuger
2 Regeleinheit
3 flexibler Schlauch oder feste Leitung
4 Elektrodengehäuse
5 Elektrode
6 Elektrodenhülle
7 Hochspannungssteckverbindung
8 Hochspannungsleitung
9 Schlauchverbindung
10 Gasschlauch
11 Abdeckgitter aus nichtleitendem Material
12 Hochspannungszuführung
13 Isoliertülle
14 abnehmbarer Inhalationstrichter
15 Adapter für die Atemmaske
16 Lufteintrittsöffnungen 1 high voltage generator
2 control unit
3 flexible hose or fixed line
4 electrode housings
5 electrode
6 electrode cover
7 high-voltage connector
8 high-voltage line
9 hose connection
10 gas hose
11 Cover grille made of non-conductive material
12 high-voltage supply
13 insulating sleeve
14 removable inhalation funnels
15 adapters for the breathing mask
16 air inlet openings
Claims (3)
- - die Gase in der Intensität (Anzahl der erzeugten Ionen pro Zeit- und Volumeneinheit) und/oder der Richtung variabel ionisiert werden,
- - die Ionisation in einem offenen, elektrischen Feld - ausgehend von den Kanten einer flächenhaft geformten Ionisationselektrode - durch Feldemission erfolgt,
- - keine Entladungselektrode vorhanden ist, so daß bei der Ionisation von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen kein Ozon entsteht,
- - das Inhalationsgas die Elektrode an- und/oder um- und/oder durchströmt,
- - die Hauptionisationsrichtung durch die Ausformung der Elektrode bestimmt wird,
- - die Elektrode und der Strom des ionisierten Gases von einer Hülle aus hoch spannungsfestem, an der inneren Oberfläche aufladbarem Material umgeben oder nicht umgeben ist,
- - die aufgeladene innere Oberfläche der Hülle eine Äquipotentialfläche des elektrischen Feldes bildet, die zur Abschirmung und/oder zur Lenkung des ionisierten Gasstroms benutzt wird,
- - die Elektrodenhülle mit einer Austrittsöffnung versehen ist, die durch ein Berührungsschutzgitter aus nichtleitendem Material verschlossen oder nicht verschlossen ist,
- - die Elektrode mit der sie umgebenden Hülle, dem Hochspannungserzeuger und/oder der Regeleinheit und/oder der Gasquelle in einem gemeinsamen oder separaten Gehäuse angeordnet sind, die durch feste und/oder flexible Leitungen und/oder Schläuche und/oder Kabel verbunden werden,
- - das Gehäuse der Elektrode mit einer Anschlußvorrichtung für Inhalations hauben und/oder -trichtern und/oder -masken versehen oder nicht versehen ist,
- - das Gehäuse mit Lufteintrittsöffnungen versehen ist, die vor oder hinter der Ionisationselektrode angebracht sind, so daß nur das zugeführte Gas oder das Gas-Luft-Gemisch ionisiert wird.
- the gases are variably ionized in intensity (number of ions generated per unit of time and volume) and / or in the direction,
- - The ionization takes place in an open, electrical field - starting from the edges of a flat-shaped ionization electrode - by field emission,
- there is no discharge electrode, so that no ozone is produced when ionizing oxygen or gases containing oxygen,
- the inhalation gas flows around and / or around and / or through the electrode,
- the main direction of ionization is determined by the shape of the electrode,
- the electrode and the current of the ionized gas are or are not surrounded by a sheath made of highly voltage-resistant material which can be charged on the inner surface,
- the charged inner surface of the envelope forms an equipotential surface of the electric field, which is used to shield and / or to direct the ionized gas flow,
- the electrode sleeve is provided with an outlet opening which is closed or not closed by a contact protection grid made of non-conductive material,
- the electrode with the sheath surrounding it, the high-voltage generator and / or the control unit and / or the gas source are arranged in a common or separate housing, which are connected by fixed and / or flexible lines and / or hoses and / or cables,
- - The housing of the electrode is provided with a connection device for inhalation hoods and / or funnels and / or masks or is not provided,
- - The housing is provided with air inlet openings, which are attached in front of or behind the ionization electrode, so that only the supplied gas or the gas-air mixture is ionized.
- - die als Emitter dienende Elektrode eine flächenhafte, kapazitive Anordnung ist, gefertigt aus elektrisch leitenden, geformten Metallblechen und/oder anderen elektrisch leitenden, flächenhaften Materialien,
- - die Elektrode als Kapazität mit der Hochspannungsspule und dem Wider stand gegen die Umgebung einen durch die Primärspannung und/oder den Aufbau und/oder der Anordnung, und/oder der Dimensionierung der Elek trode und/oder der Spule einen offenen, regelbaren Reihenschwingkreis bildet.
- - die Frequenz der Primärspannung regelbar ist und insbesondere in der Nähe der Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises, eine Spannungserhöhung an der Elektrode erzeugt.
- - die Intensität der Ionisierung durch die konstruktive Anordnung, Größe und Kantenlänge der Elektrode und/oder die verwendeten Materialien und/oder die Dimensionierung des Reihenschwingkreises und/oder die Form und/oder die Größe der Primärspannung regelbar ist.
- the electrode serving as an emitter is a two-dimensional, capacitive arrangement, made of electrically conductive, shaped metal sheets and / or other electrically conductive, two-dimensional materials,
- - The electrode as a capacitance with the high-voltage coil and the opponent stood against the environment by the primary voltage and / or the structure and / or the arrangement, and / or the dimensioning of the electrode and / or the coil forms an open, controllable series resonant circuit.
- - The frequency of the primary voltage is adjustable and generates a voltage increase at the electrode, particularly in the vicinity of the resonance frequency of the series resonant circuit.
- - The intensity of the ionization can be regulated by the structural arrangement, size and edge length of the electrode and / or the materials used and / or the dimensioning of the series resonant circuit and / or the shape and / or the size of the primary voltage.
- - die Hülle zur Abschirmung und/oder zur Lenkung des Ionenstromes aus Kunststoff und/oder aus Glas und/oder aus Keramik und/oder aus Glas fasergeweben und/oder aus Acrylglas und/oder aus Natur- und/oder Kunstharzen gefertigt und/oder die innere Oberfläche nicht, teilweise oder ganz mit Metall- und/oder kohlenstoffhaltigem Material beschichtet ist,
- - in und/oder auf die aufladbare Innenfläche des Mantels zur Vermeidung von Kriechströmen Rillen und/oder scharfe Kanten ausgeformt sind.
- - The sheath for shielding and / or for guiding the ion current from plastic and / or from glass and / or from ceramic and / or from glass fiber fabrics and / or from acrylic glass and / or from natural and / or synthetic resins and / or inner surface is not, partially or completely coated with metal and / or carbon-containing material,
- - Grooves and / or sharp edges are formed in and / or on the rechargeable inner surface of the jacket to avoid leakage currents.
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