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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die mit einer elektronisch gesteuerten Antipollen-Funktion ausgestattet ist, welche die Pollen und anderen Krankheitserreger in die Luft während einer Luftströmung mehr oder weniger neutralisieren kann und somit eine Desensibilisierung für Allergiker in die Wege leitet.
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Sobald es wärmer wird, wird eine Vielzahl von Pollenarten durch Pflanzen in die Luft freigesetzt. Für gesunde Menschen sind die Pollen keine Krankmacher, aber für Allergiker bedeuten sie mehr oder weniger eine Lebensumstellung. Wenn diese Menschen die Pollen mit der Luft einatmen, kommt es bei denen zu Histamin-Freisetzung und auf diese Weise entstehen Augenrötung, Nieß-Anfälle, Entzündungen und andere Beschwerden.
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Als Nottherapie wird Antihistamin verabreicht, um die Beschwerden rasch lindern zu können. Der Nachteil der Antihistaminika ist, dass sie Müde machen und auch weitere Nebenwirkungen haben. Zudem helfen sie nur kurz.
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Eine effiziente Methode ist die Desensibilisierung der Patient, der unter Pollen-Allergie leidet. Das wird durch kontrollierte Zugabe von Kleinstmengen an Pollen im Blutkreislauf erreicht. Auch das Trinken einer Flüssigkeit mit dort geschmolzenen Pollen wird empfohlen.
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Der in den Patentansprüchen 1 bis 26 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde eine Desensibilisierungs-Vorrichtung für Pollen-Allergiker zu schaffen, die in der Lage ist, die Pollen in die Luft beim Einatmen so zu verändern, dass sie möglichst wenig oder gar keine Schäden oder keine Abwehrreaktionen hervorrufen.
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Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 26 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Vorteile der Erfindung sind:
- - diese Vorrichtung ist in der Lage, Pollen in die Luft in eine Luftströmungsbereich weitgehend zu neutralisieren oder deaktivieren,
- - sie kann sowohl stationär in jede Klimaanlage (auch in Fahrzeuge), Belüftungs-System oder Ventilatoren / Gebläse eingebaut werden, als auch tragbar, kompakt und sehr klein konstruiert werden,
- - kostengünstige Produktion,
- - wirkt auch gegen Viren oder noch unbekannte oder neue Arten von Viren oder Bakterien.
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Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden anhand der 1 bis 8 erläutert. Es zeigen:
- 1 eine kleine, kompakte Ausführung mit den speziellen Reflektor, der in einem Ventilator oder Gebläse eingebaut ist,
- 2 die stationäre Variante,
- 3 eine Variante mit dem Kugelreflektor,
- 4 einen Rohr-Reflektor mit einer Wölbung an den Rändern,
- 5 einen Reflektor, der eckig oder oval geformt ist,
- 6 eine Variante mit IR-Laserdioden.
- 7 eine Variante, die in einem Fahrzeug eingebaut ist,
- 8 eine Ausführung mit Lichtleiter-Effekt.
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Es ist bekannt, dass intensives UV-Licht, insbesondere UV-C sehr wohl in der Lage ist, Sporen, Viren und Bakterien zu vernichten oder zumindest großteils unschädlich zu machen. Je nachdem, wie hoch die Lichtintensität ist und wie lange die Krankheitserreger unter der Lichteinwirkung stehen, kann die Anzahl der Erreger, die sich in die Luft oder Wasser (oder anderen Flüssigkeit) befinden, mehr oder weniger gesenkt werden. Mit UV-Licht Luft oder Flüssigkeit zu dekontaminieren ist allgemein bekannt, allerdings wenn die Luft- oder Flüssigkeits-Massen relativ schnell in Bewegung sind, ist eine Dekontamination mit UV-Licht nicht mehr komplett effizient.
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Bei der Erfindung geht es allerdings nicht um Luft-Dekontamination, sondern um eine Veränderung der Pollenstruktur oder deren OberflächenBeschaffenheit, dass sie nicht mehr von Körper des Patienten als feindliche Teilchen durch das Immun-System erkannt werden.
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Die Erfindung löst genau das Problem. Die Pollen werden beim Einatmen in die Luftströmung durch UV- oder IR-Laserstrahlen bestrahlt und dadurch deren Eigenschaften mehr oder weniger so verändert, dass sie nicht mehr als Gefahr für den Patienten durch sein Immunsystem eingestuft werden. Das wirkt einem Toleranz-Aufbau für die noch nicht behandelten Pollen entgegen und ist ähnlich wie eine Immunisierung gegen eine Virengruppe.
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Die Vorrichtung kann sehr klein und tragbar, als auch groß und für stationäre Zwecke gebaut werden. Die kleine Variante ist sehr günstig in Herstellung, leicht zu tragen (so groß wie ein Asthma Mini-Inhalator) und bietet alle Vorteile für eine individuelle Anpassung und optimale Einstellung. Diese Variante ist auf der 1 dargestellt. Sie weist ein kleines Gebläse 1 auf, das eine Luftströmung erzeugt und die Luftmassen durch einen Reflektor-Rohr 2 und UV-Strahlen 3 aus UV-Laserdioden 4 bewegt. Die UV-Strahlen bilden einen kleinen „Vorhang“ oder Lichtbarriere, durch die die Luftmassen durchströmen. Die Pollen 5, die sich dort in die Luft aufhalten werden beim Passieren des Reflektors durch Laserbestrahlung so verändert, dass sie kaum oder nur geringe allergische Reaktionen hervorrufen. Diese Luft soll der Patient dann einatmen. Für eine bessere Konzentration der Pollen in die Luft, kann ein Vorratsbehälter 6, der mit Pollen (oder Pollenmischung) aufgefüllt ist, dienen. Dort werden die Pollen in kleinen Mengen mit der Luftbewegung durch eine Luftleitung 7 „angesaugt“ und dann durch das Reflektor-Rohr 2 in Richtung des Patienten 8 geblasen. Die Laserdioden 4 bestrahlen diese Luftmassen während sie sich bewegen. Der Patient atmet diese Luft ein und damit auch die mehr oder weniger veränderte Pollen ein. Wie stark die Pollen sich verändern werden, hängt von der Strömungsgeschwindigkeit (Gebläse-Leistung) und der Laserstrahlleistung ab. Beide sind elektronisch über elektronische Regler oder eine Steuerung 9 genau einstellbar.
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Weil ein spezieller rohrförmiger Reflektor 2 eingebaut ist, durch den die Luftmasse strömt, wird mit relativ wenig UV-Leistung eine sehr hohe Effizienz erreicht. Gleichzeitig wird die Gefahr für Menschen bzw. den Benutzer so gering wie möglich gehalten. Nebenbei dekontaminiert die Vorrichtung die Luft auch von Krankheitserregern aller Art. Es ist bekannt, dass das UV-Licht, das mit einer Wellenlänge von 200 bis 400nm emittiert wird, am effektivsten die Viren und Bakterien bekämpfen kann. Allerdings UV-Licht kann Schäden an Menschen hervorrufen. Um die Schäden an Menschen so gering wie möglich zu halten, kann man das UV Licht mit einer Wellenlänge von 222nm verwenden. Forscher haben herausgefunden, dass das UV-C Licht mit einer Wellenlänge von ca. 222nm, wenig oder kaum Schäden an das menschliche Gewebe verursacht, anderseits bekämpft es effektiv und genauso gut wie das Breitspektrum-UV-C Licht die Viren und Bakterien. In einer aktuellen Studie testeten die Forscher den Effekt dieses UV-C Licht auf Influenza Viren. Es zeigte sich, dass dieses Licht, die H1N1-Influenzaviren (hochansteckend und hochviral), die sich in der Luft einer Versuchskammer befanden, ebenso effektiv ausschaltete wie normales Breitspektrum-UV-C-Licht. Um UV-C Licht zu erzeugen, wurden früher Quecksilber-Lampen benutzt. Seit einigen Jahren kann man UV-C Licht ganz einfach mit Hilfe von Leuchtdioden erzeugen. Auch Laserdioden sind in der Lage diese UV-Strahlung zu erzeugen. Um UV-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge in monochromatischen Form zu erzeugen, wie z.B. das UV-Licht mit 222nm Wellenlänge, sind die UV-Laserdioden die beste Wahl. Dieses UV-Licht kann z.B. eine dafür hergestellte Laserdiode problemlos emittieren. Sie wirkt optimal gegen Viren und Bakterien, verursacht allerdings kaum oder nur geringfügig Gewebeschäden an Menschen.
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Diese Vorrichtung nutzt genau diesen Lichteffekt, um auch die Pollen weitgehend zu verändern oder deaktivieren. Die Vorrichtung ist geeignet, um große oder kleinere Luftmassen während Luftströmungen zu bestrahlen. Bei stationärem Einbau wird diese an eine Stelle eingebaut, wo die Luft in einem Gebäude oder Einrichtung einströmt, bzw. in Vorrichtungen, welche die Luftmassen transportieren. Das kann z.B. ein Belüftungs-System, eine Ventilations-Vorrichtung, eine Klima-Anlage oder ein Gebläse / Ventilator sein. Weil die Laserstrahlen mit 222 Nanometer Wellenlänge kaum das Gewebe schädigen, werden sie gegen Pollen eingesetzt, die dann für eine Desensibilisierung eingeatmet werden können. Allerdings in großen Anlagen ist es nicht mehr von der Relevanz welche UV-Strahlung zum Einsatz kommt, weil die Belüftungsrohre fern ab bzw. außerhalb der Reichweite vom Menschen eingebaut sind.
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Die Vorrichtung ist in Form eines Rohrs 2 gebaut, das mit Spiegel-Innenwand 10 ausgestattet ist. Dort in die Wand ist mindestens eine UV-Strahlenquelle (z.B. UV-LED oder Laserdiode) 4 integriert, die fast radial in das Innere des Rohrs strahlt und von gegenüberliegender Spiegelwand stets und mehrfach hin und her zurückreflektiert wird. Die Stromversorgung wird bei stationären Anlagen durch eine Stromleitung gewährleistet. Die Vorrichtung wird am Lufteinlass (oder Luftauslass) 11 oder irgendwo in den Luftröhren oder Luftkanälen eines Belüftungs-Systems oder einer Klimaanlage eingebaut. Wichtig ist, dass durch die Vorrichtung die ganze Luftmassen, die in das Gebäude eindringen (oder ausströmen) transportiert werden. Wie die Belüftungskanäle danach oder davor abgezweigt werden, spielt dabei keine Rolle mehr.
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Die kleinen, einfachen Vorrichtungen können auch durch Akkus 11 betrieben werden.
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Die einfachste Variante sieht wie ein kurzes Rohr oder Ring 2 aus, in dem UV-Strahler 4 integriert sind und eine Art Lichtbarriere 12 aus UV-C Licht erzeugt wird. Die Lichtbarriere besteht aus UV-Lichtstrahlen oder UV-Laserstrahlen 3, die mit solcher Intensität abgegeben werden, dass die Pollen 5 in die Luft, die durch diese Lichtbarriere 12 passieren, durch UV-Strahlung weitgehend verändert werden, sodass sie keine allergische Reaktionen mehr hervorrufen können.
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In Belüftungs-Systeme eingebaut, ist die Schädlichkeit durch UV-Strahlung für Menschen irrelevant, weil dort keine Menschen sich aufhalten. Bei der Erfindung ist der spezielle Reflektor neu, der die UV-Strahlung deutlich verstärkt. Auf diese Weise kann man mit relativ geringer UV-Strahl-Leistung einen beachtlichen Effekt erreichen. Bei kleinen Geräten mit einem Gebläse 1, sollte strikt darauf geachtet werden, dass die UV-Laserdiode nur Laserstrahlen in 222nm Wellenlänge abgibt.
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Auf der 1 ist eine recht einfache Variante der Vorrichtung dargestellt worden. Der UV-Pollen-Desensibilisator 13 weist hier mindestens eine intensive, leistungsstarke UV-LED oder noch besser eine oder mehrere UV-Laserdioden 4 auf, die quer zu Luftströmungs-Achse 14 ihre Lichtstrahlen / Laserstrahlen 3 abgibt. Die Leistung der Laserdioden, die hier eingesetzt werden ist von der Luftströmungs-Geschwindigkeit und der Luftmassen, die durch die Vorrichtung pro Zeiteinheit fließen, abhängig. Bei einer Klimaanlage oder Belüftungs-System, die / das ca. 1m3 Luft pro Sekunde bewegt, müssen recht starke UV-Laserstrahler eingesetzt erden, die eine Laser-Gesamtleistung von mindestens 4W erbringen. Durch den Reflektor 4, der rohrförmig (oder ringförmig) gebaut ist, in dem die Innenwand 5 verspiegelt ist, wird die Laserstrahlintensität innerhalb des Reflektors stark zunehmen und die Pollen in den Luftmassen, die dadurch strömen, deaktiviert.
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Eine automatische Steuerung 9 kann anhand der StrömungsGeschwindigkeit, die über einen Strömungs-Sensor 15 ermittelt wird, die Laser-Leistung automatisch regeln. Bei schneller Luftbewegung durch das Reflektor-Rohr 4 muss die UV-Leistung höher sein, um alle dort befindlichen Pollen zu deaktivieren oder neutralisieren, als der Fall bei langsamer Luftbewegung ist. Weil die Pollen 5 bei höherer Luftströmungs-Geschwindigkeit relativ schnell aus der UV-Zone sich entfernen, ist eine höhere UV-Strahlintensität notwendig, um den Desensibilisierungs-Effekt ordnungsgemäß ausführen zu können. Anderseits bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten wäre Energieverschwendung, wenn mit voller Intensität die UV-Strahlenquelle betrieben wird, wobei auch mit niedrigerer Leistung das erreichbar wäre. Hinzu kommt, dass man die Pollen nicht verbrennen möchte, sondern lediglich deren Struktur leicht zu verändern, sodass sie nicht mehr so aggressiv gegen das Immun-System vorgehen, bzw. nicht als solche dadurch erkannt werden. Die Vorrichtung kann mit einem Strömungsgeschwindigkeitsmesser 15 ausgestattet werden und mit einem UV-Laserdioden-Leistungsregler 9 gekoppelt werden. Das würde eine automatische Steuerung der UV-Strahl-Leistung oder UV-Intensität bewirken, wobei abhängig von der Geschwindigkeit mit der die Luft ein- oder ausströmt, die UV-Strahl-Intensität angepasst wird.
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Die Laserstrahlen 3 sind scharf gebündelt und bilden eine Art Lichtbarriere, die den Luftzirkulations-Eingang komplett durch Lichtstrahlen „schließt“. Bei der Erfindung im stationären Ausführung ( 2) wird nicht der ganze Raum bestrahlt, sondern lediglich ein kleiner Bereich, durch den die Luftmassen in den Raum eindringen (oder von de Raum abgesaugt werden). Weil die Öffnung für die Luftströmung in einem Rohr eines Belüftungs-System nicht sehr gross ist (ca. 20 bis 100cm in Durchmesser), kann man dort mit einer vergleichsweise schwächere UV-Lichtquelle die Pollen in den Luftmassen deaktivieren, als das der Fall bei dem ganzen Raum wäre. An diese Stelle kann man eine kleine Fläche, von ca. 100x30cm mit UV-Laserstrahl bestrahlen, die einen aktive UV-Zone darstellt, durch die Luftmassen einströmen müssen und die Luft wäre dann dekontaminiert. Die Luftmassen werden permanent während sie einströmen bestrahlt. Die UV-Strahlenintensität ist in diesen kleinen Bereich trotz schwächerer Laserleistung, relativ hoch, weil der Rohr-Reflektor 4 mit spiegelnder Innenwand 5 die UV-Strahlen mehrere dutzende oder hunderte Male hin und her reflektiert.
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Die Strahlengeometrie ist so konzipiert, dass abhängig von der Belüftungs-Rohr-Größe, durch die UV-Lichtquelle eine dementsprechend grosse Fläche mit UV-Strahlen bestrahlt wird. Wenn z.B. das Belüftungsrohr 16 einen Durchmesser von 80cm hat, dann wird durch den UV-Laserstrahler anfangs eine Fläche von ca. 80 x 30cm bestrahlt. Die ganze UV-Energie wird auf diese Fläche abgegeben. Dadurch wird die Luftmasse, die dort sich bewegt, komplett „durchleuchtet“. Weil die UV-Lichtstrahlen / UV-Laserstrahlen stark gebündelt sind, ist der Effekt gegen Pollen sehr gut. Die Strahlen-Anordnung ist so geformt, dass die UV-Laserstrahlen schmal waagerecht, wobei nahezu alle auf eine Ebene sich befinden, aber breit in die senkrechten Richtung angeordnet sind, sodass die Luft-Öffnung komplett durch UV-Laserstrahlen „geschlossen“ wird. Die Laserstrahlen werden wie ein Korken, der eine Weinflaschen-Öffnung schließt, komplett den Lufteingang durch intensiven und z.B. 30cm starken Licht-Vorhang schließen. Die Luftmassen müssen beim Ein- oder Ausströmen durch diese Lichtbarriere hindurch. Die Pollen in die Luft überqueren die Reflektor-Öffnung 17 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, die abhängig von der Leistung der Belüftungs-Anlage (oder der Klimaanlage) ist. Die Luftmassen können bei voller Leistung der Anlage mit einer niedrigen oder auch relativ hohen Geschwindigkeit transportiert werden. Z.B. 0,2 bis 30m/s können locker entwickelt werden. Die Luftmassen werden lediglich bei Überqueren eines schmalen Bereichs mit UV Licht bestrahlt, aber das Licht dort durch das Reflektor-Rohr ist sehr intensiv und kann die Pollen durchaus deaktivieren. Die Luftmassen werden zwar nur auf ca. 30-50cm Weg-Länge mit UV-C-Licht bestrahlt, was eine Zeitdauer von ca. 2,5 bis 0,016 Sekunden bedeutet, allerdings ist die UV-Lichtintensität dabei extrem hoch, was das Neutralisieren der Pollen bewirken kann. Die UV-Strahlungs-Intensität wird maßgebend durch den speziellen, rohrförmigen Reflektor verstärkt.
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Das Rohrstück 2, das den Reflektor bildet und mit dem UV-Strahler 4 ausgestattet ist, durch den die ganzen Luftmassen hineinströmen müssen, ist innen verspiegelt. Die UV-Strahlen werden zu Querschnittrichtung des Rohrs bzw. von der Peripherie nicht ganz radial abgegeben und dort drin mehrfach hin und her durch die verspiegelten Innenwände des Rohrs reflektiert. Je länger die UV-Strahlen in dem Rohrstück hin und her reflektiert werden, desto stärker ist der Effekt.
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Den Effekt der UV-Strahlen verstärkt um vielfaches der ringförmige / rohrförmige Reflektor (kann auch eckig oder oval gebaut sein) im Luftströmungs-Bereich eingebaut (2). Die Innen-Wände (Spiegel-Wände / Spiegel-Flächen) 10 des Reflektors 2 sind so konstruiert, dass sie stets die UV-Laserstrahlen 3 gegeneinander innerhalb des Rohrs im Innenbereich des Rohrs hin und her reflektieren. Den Reflektor muss man wie einen Ring oder einen kurzen Rohr vorstellen, der bei stationäre Einbau ca. 20-30cm breit (je nach Leistung der Belüftungsanlage auch deutlich länger) ist und einen Innendurchmesser von ca. 10 bis 100cm hat. Je nachdem wie gross die Belüftungsanlage ist und deren Förderkapazität kann der Reflektor 2 auch grösser oder kleiner gebaut werden. Die InnenWand des Reflektors kann in die Längsachse 18 des Rohrs flach sein oder etwas gewölbt an den beiden Rändern 19. Das Ziel ist, so lange wie möglich, die durch eine UV-Laserdiode oder UV-LEDs abgegebene Strahlen, hin und her innerhalb des Rohrs zu reflektieren. Die UV-Laserdiode 4 ist in die Reflektor-Wand 20 integriert, mit der fast radialen Strahlrichtung auf die gegenüber liegender Reflektor-Innenwand 10. Die UV-Strahlen kommen von der Peripherie des Reflektors drin und bleiben dann dort auch durch mehrfache Reflektion. Weil die Strahlen nicht ganz radial reinkommen, werden sie nicht in Richtung der Strahlenquelle zurückgeworfen. Jedesmal wenn die Strahlen eine Spiegelwand 10 treffen werden sie wieder auf die gegenüberliegende Wand zurückgeworfen. Weil die Strahlen niemals die gleiche Stelle des Spiegels treffen, werden sie auf diese Weise zwar in verschiedenen Winkeln zurückgeworfen, aber sie befinden sich stets auf der gleichen Ebene und werden dauernd hin und her zwischen den Innen-Wandflächen / Spiegelwände des Reflektors geworfen. Sie bleiben innerhalb des Ringes bis sie durch zahlreiche Reflektionen soweit an den Rand kommen, dass sie durch die Rand-Ringe absorbiert werden. Durch die Krümmung der Rohr-Wand breiten sich die Laserstrahlen dementsprechend divergiert aus und schließen komplett alle Rohrbereiche durch die Lichtbarriere zu (auch den Mittelpunkt des Rohrs). An jeden Reflektion-Punkt breiten sich die Laserstrahlen in Form eines Dreiecks aus. Nach außen kommen sie nicht so leicht, bzw. erst dann wenn sie einige dutzende Male hin und reflektiert worden sind. Je genauer der Ring gebaut ist, bzw. die Innenwand-Fläche optimal so gerichtet ist, dass sie stets die mehrfache Reflektion aufrechterhält, desto höher ist die Wirkungsgrad des Effekts. Eine leichte Wölbung 21 dient dazu, die UV-Strahlen die sich dem Rand 19 nähern, wieder möglichst mittig in dem Reflektor-Ring bei erneuter Reflektion zu positionieren. Eine optimale Ausrichtung der Spiegelfläche bewirkt, dass die Laserstrahlen mehrere dutzende Male oder gar hunderte Male in dem Innenbereich des Reflektors hin und her reisen und auf diese Weise die Pollen 5 während die Luft strömt, mit hoher Intensität treffen. Je öfters die Laserstrahlen hin und her reflektiert werden, desto höher die Strahlendichte und damit stärker die Leistung innerhalb des Reflektors ist. Deswegen auch mit geringer Laserstrahl-Leistung ist ein beachtlicher Effekt erzielbar. Das ist sehr wichtig bei der tragbaren, kompakten Variante, weil dort die Laser-Leistung deutlich geringer ist. Die UV-Laserstrahlen aus der UV-Laserdiode werden zwar jedesmal mit jeder Reflektion von den Spiegelflächen des Reflektors ein wenig absorbiert, der Reflexions-Effekt bleibt dennoch relativ gut erhalten. Für eine optimale Strahlenverteilung in dem Inneren des Reflektors soll die UV-Laserdiode (oder die UV-C LED) auf der Außenwand des Reflektors mit fast radiale Strahlrichtung eingebaut werden. Die UV-Strahlen dringen durch eine dünne Schlitz-Öffnung 22 oder einer kleinen Öffnung von der Peripherie in dem Innenbereich des Reflektors ein. Der Schlitz oder die kleine Öffnung kann mit einer durchsichtigen Scheibe 23, die die UV-Strahlung ungehindert durchlässt, bedeckt werden (muss aber nicht). Eine kleine Linse 24 sorgt dafür dass die Laserstrahlen parallelstrahlend abgegeben werden. Weil die UV-Laserstrahlen oder die UV-Strahlen aus der UV-LED nach einer Vielzahl von Reflektionen immer mehr aus dem Mittelbereich des Reflektors sich entfernen und den Rändern des Reflektor-Rohrs nähern, können die beiden Ränder des Reflektors mit je einen ringförmigen UV-Lichtabsorbierenden Beschichtung oder mit je einem Ring / Absorber-Ring 25 versehen, der die Laserstrahlen absorbiert. Dadurch wird verhindert, dass nachdem die Laserstrahlen durch zahlreiche Reflektionen den Endbereich des Reflektors erreichen und aus dem Reflektor auszuscheiden, bzw. außerhalb zu flüchten drohen, diese endgültig absorbiert werden. Die Absorption hat auch einen anderen positiven Nebeneffekt: der Reflektor wird dadurch etwas wärmer und somit bleibt die Spiegelfläche dort beschlagfrei, was für eine einwandfreie Betrieb des Ablaufs bei einer Klimaanlage wichtig ist.
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Technisch wäre eine UV-Strahlung in die Gesamtrohrlänge der Belüftungsanlage machbar, ist allerdings weitgehend nicht so effektiv, wie die Vorrichtung aus der Erfindung hier mit dem kurzen Rohrreflektor 2. Hier werden die UV-Laserstrahlen oder UV-Strahlung weitgehend konzentriert an eine Stelle abgegeben und durch wirksame Reflektion sehr intensiv, was eine Pollen-Deaktivierung aufrechterhält, auch bei etwas höheren Luftströmungsgeschwindigkeiten durch das Rohr.
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Eine weitere Variante, die auf der 3 abgebildet ist, weist einen kugelförmigen Reflektor (Hohlsphäre) 26 auf, der innen hohl gebaut ist und mit zwei Durchfluss-Öffnungen 27 für eine ungehinderte Luftdurchströmen in seine Luftströmungsachse 14 versehen ist. Die Innenwand 28 der Hohlkugel ist komplett verspiegelt. Eine kleine Öffnung 29 in Umfang der Sphäre 26 dient dazu, die UV-Laserstrahlen 3 von außen eingebauten UV-LED oder UV-Laserdioden 4 in die Kugel 26 zu bringen. Die Strahlrichtung der UV-Laserstrahlen ist fast radial (aber nicht ganz), damit die Laserstrahlen, die aus der gegenüberliegende Spiegelwand in die Hohlkugel zurückreflektiert werden, nicht die UV-Strahlenquelle direkt treffen. Die Luft strömt durch die beiden Durchfluss-Öffnungen, in eine Richtung (oder in beiden Richtungen, je nach Betrieb der Belüftungs-Systems). Weil die Laserstrahlen durch die Spiegelfläche 26 in die Kugel drin mehrere dutzende oder hunderte Male hin und her reflektiert werden, können sie die dort befindliche Luft und auch eine Luftströmung durch die Kugel dekontaminieren. In die Hohl-Sphäre können die Laserstrahlen deutlich länger hin- und her reflektiert werden und somit die UV-Strahlendichte enorm erhöht werden. Hier kann der Laserstrahler einen in allen Richtungen relativ breiten Strahl (Strahlkegel) in die Kugel drin abgeben ist, weil diese durch die Spiegel-Innenwand der Hohlkugel wieder in jede Richtung zurückreflektiert wird und immer die gegenüberliegende Wandfläche treffen. Die Laserstrahl-Leistungsverluste treten leicht durch die Absorption durch die Spiegelwand 28 und ebenso durch die zwei Öffnungen 27 in die Kugel, durch die die Luftmassen durchströmen. In eine Öffnung dringt die Luft ein, wird durch UV-Strahlen bestrahlt und dann durch die andere strömt heraus (3).
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Die Luft, die durch das Belüftungs-System ein oder ausströmt, muss durch das Reflektor-Rohr (oder Reflektor-Kugel / Hohlsphäre) und dort wird die Luft stets mehrfach durch UV-Laserstrahlen getroffen. Je präziser die Rohr-Reflektor-Spiegel-Wände gebaut sind und je niedriger der Absorptionsindex der Spiegelfläche ist, desto öfters können die Laserstrahlen hin und her zurückreflektiert werden, was die Pollen-Deaktivierung-Eigenschaft bei nahezu gleichbleibender Laserleistung deutlich steigert. Um gegen Beschlag des Reflektors zu schützen kann man zusätzlich ein kleines, elektrisches Hitzeelement / Heizelement 27 in dem Reflektor einbauen, der den Reflektor auf 40-60°C erhitzt, sodass kein Beschlag mehr entsteht. Auf diese Weise bleibt der optimale Effekt gegen Pollen aufrechterhalten.
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Der Reflektor kann auch eckig oder oval geformt sein (5). Wichtig ist dabei, dass dessen Innen-Wandfläche verspiegelt ist und die Flächen stets parallel zu Durchströmungs-Achse 14 sind. Durch diese Form, wird eine optimale Reflektion der Laserstrahlen ermöglicht. Je nachdem wie gut und präzise der Reflektor hergestellt wird, desto besser werden seine Reflektor-Eigenschaften. Der Reflektor ist so gebaut, dass er die UV-Strahlen dort gefangen hält und deren Ausbreitung in die Umgebung verhindert. Die Laserstrahlen können dort dutzende, einige hunderte bis tausende Male hin und her zurückreflektiert, was eine enorme Leistungssteigerung der Wirkung bei gleich bleibender Laserleistung bedeutet. Bei hundert Reflektionen eines Laserstrahls, wäre die Wirkung einer 2,5W Laserdiode fast ähnlich stark wie bei der Verwendung einer 100W Laserdiode ohne Reflektion. Weil die Fläche, die mit der Anfangsstrahlen bestrahlt wird relativ klein ist (bei größeren Belüftungsanlagen ca. 30 x 100cm), ist die UV-Strahlintensität sehr hoch und kann die Pollen innerhalb von ein paar Millisekunden deaktivieren.
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Eine automatische Steuerung 9 steuert die Intensität der UV-Lichtquelle (UV-Laserdiode) in Koordination mit den Daten eines Strömung-Geschwindigkeits-Sensors 15.
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Die Öffnung oder der Schlitz 22, der in der Reflektor-Wand eingebaut ist, durch die die UV-C-Licht- oder Laserstrahlen in den Innenbereich des Reflektors eindringen, soll so klein wie möglich sein. Er kann in Form eines dünnen Schlitzes in Strömungsrichtung angeordnet eingebaut werden, der mit einer durchsichtigen Scheibe 23 bedeckt ist. Auf der Außenseite wird die UV-C LED oder Laserdiode sowie eine Korrekturlinse oder Spiegel 24 eingebaut, die / der die erwünschte Geometrie der UV-Strahlung erzeugt. Durch die vielfältige Reflektion der Strahlen wird die ganze Öffnung lückenlos durch UV-Strahlen abgeschirmt und die dort ein- und ausströmende Luftmasse komplett durchleuchtet werden.
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Anstatt oder zusätzlich zu der UV-Strahlenquelle kann auch eine IR-Strahlenquelle, z.B. eine IR-Laserdiode 30 eingebaut werden, die durch Hitzeeinwirkung die Pollen deaktiviert. Es reicht wenn die Pollen auf ca. 70 bis 110°C blitzschnell erhitzt werden, um diese zu neutralisieren. Eine UV-Laserdiode mit 5W Leistung kombiniert mit einer IR-Laserdiode mit ebenso 5W Laserleistung kann problemlos in eine grossen stationären Belüftungsanlage mit Hilfe des Rohrförmigen-Reflektors mit einem Rohrquerschnitt von 1m auf einer Länge von 30cm bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 1,2m/s die Pollen deaktivieren. In Kugelreflektor eingebaut, ist die Wirkung etwas höher, weil der Strahlenverlust geringer ist. Bei tragbaren, kleinen Vorrichtungen sind natürlich deutlich geringe Laserstrahl-Leistungen notwendig. Dort reichen ca. 0,3 bis 1W Laserleistung vollkommen aus.
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Als Energie-Quelle kann eine kleine Lithium-Zelle (Akku) 31 eingebaut werden, die.aufladbar ist und vielleicht auch abnehmbar, um diese schnell gegen eine andere austauschen zu können, wenn sie leer wird. Allerdings bei fest eingebauten Belüftungs-Systemen ist die Stromversorgung über Stromleitung 32 sinnvoller.
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Alle elektronischen und elektrischen Bauteile können kompakt in einem Gehäuse 33 oder sogar in dem Reflektor 2 selbst eingebaut werden, der dann durch Gewinde 34 oder einen Verschluss leicht in das Belüftungs-System integriert werden kann.
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Die Vorrichtung kann in jedem Belüftungs-System, Klimaanlage oder sogar Gebläse oder Ventilatoren eingebaut werden. In Klimaanlage 35 der Fahrzeuge 36 eingebaut (7), kann sie effektiv gegen Pollen 5 eingesetzt werden. Durch starke Laserstrahlen werden die Pollen bzw. deren Oberfläche weitgehend verändert, dass sie nicht mehr Allergien hervorrufen können. Ebenso Keime und sogar Staubpartikel können damit dekontaminiert werden, bzw. die Sporen, die dort haften, unschädlich gemacht werden.
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Die Reflektion der UV-Strahlen / UV-Laserstrahlen innerhalb des Reflektor-Rohrs oder Reflektor-Ringes kann auch durch den Total-Reflektion-Effekt realisiert werden. In dem Fall müssten die Laserstrahlen in eine Glaslinse (Ring-Linse), die ringförmig in die Innenwand des Rohrs, aber im Querschnitt prismenförmig oder in eine für totale Reflexion anderen geeigneten Form gebaut ist, stets auf einer Seite eindringen, auf der anderen austreten, bis sie die gegenüber liegende Linsen-Sektor (Kreissektor / Ringsektor) erreichen und dort wieder den gleichen Vorgang absolvieren. Im Querschnitt sieht diese Ring-Linse fast wie ein optisches Prisma aus. Die Strahlen werden dort verlustfrei reflektiert, allerdings beim Ein- und Austreten aus dem Glasmedium werden sie geringfügig absorbiert und dort direkt in IR-Licht oder Wärme umgewandelt. Auch ein ringförmiger und im Querschnitt U-förmiger Lichtleiter 37 kann ähnliches bewirken (8). An seinen beiden Enden,38 wird die Strahlung eindringen und stets auf dem anderen Ende austreten. Es ist wichtig, dass die Austrittstelle flach geformt (z.B. geschliffen oder geschnitten) ist, weil sonst die Lichtstrahlen diffus herauskommen und dann in alle Richtungen verfliegen. Die UV-Strahlen bleiben in dem Reflektor-Rohr „gefangen“ bis sie durch das Ein- und Austreten aus dem Lichtleiter komplett absorbiert werden, oder sie so weit am Rand des Ringes kommen, dass sie durch Absorber-Ringe 25 absorbiert und in Wärme umgewandelt werden.
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Bei der Verwendung von Rohr-Reflektoren, wird ein sehr kleiner Teil der UV-Strahlen auch zurück in die UV-Strahlenquelle wiederfinden. Die Strahlen, die wieder durch mehrfache Reflektion z.B. in die UV-Laserdiode wieder eindringen werden, sind nicht sehr intensiv und können keine Schäden oder Überhitzung der Laserdiode bewirken. Mann kann trotzdem einen kleinen Teilspiegel / Halb-Reflektor / Halb-Spiegelelement vor dem Laserdioden-Strahlenaustritt einbauen, die die dort von außen treffenden Strahlen teilweise wieder zurückreflektiert, aber die UV-Strahlen aus der Laserdiode ungehindert durchlässt. Solche Teil-Spiegelelemente wurden früher oft bei Laserstrahler eingebaut, um eine Laserstrahlverstärkung innerhalb des aktiven Resonanz-Mediums zu bewirken.
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Die hier beschriebene Vorrichtung, kann sowohl in Belüftungs-Systeme und Klimaanlagen als auch als total kleine kompakte Variante für individuelle Zwecke eingesetzt werden. Insbesondere die kleineren, kompakten in Taschenlampenformat Varianten sind recht effektiv. Auf der 1 ist eine solche einfache Variante dargestellt worden, die so klein und kompakt gebaut ist, dass sie fast wie ein Mini-Inhalator aussieht. Hier ist ein kleiner Behälter 6 mit Pollen gefüllt, eingebaut, und ein kleines Gebläse 1, dass die Luft im Pollen-Behälter leicht ansaugt und durch den Reflektor-UV-Rohr 2 leitet, wobei diese Luft dann eingeatmet wird. Die Pollen werden durch UV- oder IR-Laserstrahlen deaktiviert und wirken dabei positiv auf den Allergiker, der diese Luft einatmet, indem sein Immun-System nicht mehr so intensiv gegen Pollen Abwehrmaßnahmen mobilisiert.
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Die mobile Vorrichtung in Klein-Maßstab gebaut, ist individueller und Sensibilisator Zuhause für Pollen-Allergiker optimal geeignet. Die Leistung der Laserstrahlen und des Gebläses kann jederzeit und individuell eingestellt werden. Der Patient kann selber herausfinden, wie diese Einstellungen aussehen sollen. Wenn der Allergiker heftige Immunabwehrreaktionen bekommt, dann kann er die Leistung der Laserstrahlen erhöhen und das Gebläse auf niedrigere Leistung betreiben. Die Vorrichtung kann mit allen möglichen technischen Raffinessen ausgestattet oder kombiniert werden, wie z.B. einem Touchdisplay 39 oder einem Funkmodul 40, wie z.B. Bluetooth, um über eine Software oder APP mit einem Smartphone oder Computer zu kommunizieren. In dem Fall können auch alle Funktionen besser überwacht und gesteuert werden. Über eine APP kann man auf einem PC oder Smartphone (Mobiltelefon mit Internetzugang) ein Diagramm erstellen, indem alle Werte sichtbar und vergleichbar sind. Eine Speicherfunktion sowie zahlreiche Optimierungs-Möglichkeiten können dort problemlos eingebaut werden. Ebenso kann ein kleiner Puls-Sensor oder Blutdrucksensor miteinbezogen werden, welche die Health-Daten in das System liefern. Bei heftiger Abwehrreaktion des Immun-Systems des Allergikers werden natürlich die Puls- und Blutdruckwerte (manchmal auch Atem-Frequenz und Körpertemperatur) sich ändern und diese können durch das Programm analysiert werden, wobei auch Vorschläge oder Optionen für die Einstellungen der Laserstrahl-Leistung oder Gebläse-Leistung eingeblendet werden. Anhand der Daten, die in Echtzeit geliefert und analysiert werden kann der Computer relativ früh erkennen und Vorschläge einblenden, wie man mit der Desensibilisierung fortfahren soll. Auch die Zukunftsprognosen, die Vorschläge für die Anzahl und Häufigkeit der der Anwendungen sind damit leicht erstellbar.
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In Fahrzeuge eingebaut, kann die Vorrichtung ebenso effektiv gegen Pollen wirken. Die Pollen in den Luftmassen, die durch einen BelüftungsKanal und durch den Reflektor-Rohr und UV- / IR-Laserstrahlen in die Fahrzeug-Kabine gelangen, werden mit Hilfe von UV- / IR-Laserstrahlen recht gut neutralisiert oder deaktiviert, sodass diese keine oder nur schwache Allergie-Reaktionen auslösen können.
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Um die Pollen noch optimaler zu deaktivieren kann man die Laserdioden im Impuls oder Pulsbetrieb betreiben. Eine einfache elektronische Schaltung kann die Laserdioden mit einer Frequenz von z.B. 2 - 35KHz betreiben. In Puls-Modus kann man die Laserdioden mehr oder weniger überlasten, ohne dass diese beschädigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Gebläse
- 2.
- Reflektor-Rohr
- 3.
- UV-Strahlen
- 4.
- UV-Strahlenquelle; UV-LED, oder Laserdiode
- 5.
- Pollen
- 6.
- Vorratsbehälter
- 7.
- Luftleitung
- 8.
- Patient
- 9.
- Elektronische Regler / Steuerung
- 10.
- Spiegel-Innenwand
- 11.
- Akku
- 12.
- Lichtbarriere
- 13.
- UV-Pollen-Desensibilisator
- 14.
- Luftströmungs-Achse
- 15.
- Strömungs-Sensor
- 16.
- Belüftungsrohr
- 17.
- Reflektor-Öffnung
- 18.
- Längsachse des Rohrs
- 19.
- Ränder
- 20.
- Reflektor-Wand
- 21.
- Wölbung
- 22.
- dünne Schlitz-Öffnung
- 23.
- durchsichtige Scheibe
- 24.
- kleine Linse
- 25.
- Ring / Absorber-Ring
- 26.
- kugelförmiger Reflektor (Hohlsphäre)
- 27.
- Durchfluss-Öffnungen
- 28.
- Innenwand der Hohlkugel
- 29.
- kleine Öffnung in Umfang der Sphäre
- 30.
- IR-Laserdiode
- 31.
- Lithium-Zelle (Akku)
- 32.
- Stromleitung
- 33.
- Gehäuse
- 34.
- Gewinde
- 35.
- Klimaanlage
- 36.
- Fahrzeuge
- 37.
- Querschnitt des U-förmiger Lichtleiter
- 38.
- Beide Enden des Lichtleiters
- 39.
- Touchdisplay
- 40.
- Funkmodul