DE102020003124A1

DE102020003124A1 - Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage

Info

Publication number: DE102020003124A1
Application number: DE102020003124.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage mit einem UV-Strahler, der die Krankheitserreger direkt in die Luft während Luftbewegung beseitigt. Diese Vorrichtung wirkt sehr effektiv gegen alle Arten von Bakterien und Viren, wie z.B. Grippe-Viren, Corona-Viren, oder auch gegen eine Vielfalt von exotischen Krankheitserregern.Diese Vorrichtung ist zusätzlich mit einem Reflektor ausgestattet, der die Wirkung der UV-Strahlen deutlich verstärkt. Der Reflektor verhindert auch, dass die Strahlung zumindest Großteils nicht nach außen dringt und schützt somit die Personen, die in einem Raum sich aufhalten. Außerdem werden die wenig schädliche UV-C Lichtstrahlen oder Laserstrahlen mit 222nm Wellenlänge verwendet. Sie töten die Bakterien und Viren genauso gut wie die Breitspektrum-UV-C Wellen, sind aber für Menschen weitgehend schonend.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die in Belüftungs-Systeme oder Klimaanlagen einsetzbar ist, die mit einer elektronischen Antiviren-Funktion ausgestattet ist, welche die Viren und anderen Krankheitserreger in die Luft während einer Luftströmung oder in eine Flüssigkeit beim Fließen neutralisieren kann.
In OP-Saale oder Krankenhäusern werden zahlreiche Viren-Schutzmaßnahmen umgesetzt. Z.B. die Atemschutz-Masken werden in der Regel in Krankenhäusern, insbesondere in OP-Saale verwendet. Dort dienen sie dazu, die Atemwege des Benutzers gegen Viren oder Bakterien in die Luft zu schützen und auch umgekehrt, die Patienten vor Krankheitserreger, die im Mund des Benutzers sich befinden könnten, zu schützen.
Die Klimaanlagen oder Belüftungs-Systeme dort werden mit speziellen Filtern versehen, die zumindest einen Teil der Erreger (Viren, Bakterien, Pilz-Sporen, etc.) aufhalten und deren Verbreitung verhindern.
Um die Viren und Bakterien zu neutralisieren, können zahlreiche verschiedene Methoden angewendet werden. Es gibt aber vorwiegend chemische, biologische und physikalische Methoden das zu erreichen. Längst ist bekannt, dass das Sonnenlicht, die Viren oder Bakterien zu neutralisieren scheint. Die Wirkung vom Licht haben viele Wissenschaftler näher untersucht. Es ist bekannt, dass Breitspektrum-UV-C-Licht mit einer Wellenlänge von 200 bis 400 nm Bakterien und Viren effektiv eliminieren kann. Das UV-C Licht zerstört die molekularen Bindungen, die die Erbsubstanz zusammenhalten. Oft werden solche Lichtquellen routinemäßig dazu genutzt, OP-Ausrüstung zu dekontaminieren. Es gibt Überlegungen, das UV-Licht auch in OP-Saale einzusetzen. Allerdings ist das UV-C Licht nicht unbedenklich für die Menschen, weil es Schäden im Gewebe hervorrufen kann. Auch die Augen können dadurch krank oder komplett geschädigt werden.
Die DE202010001958U1 beschreibt eine Vorrichtung zur Luftfilterung und Keimabtötung durch elektromagnetische Wellenstrahlung in Lüftungsanlagen- bzw. Kanälen, wobei parallel angeordnete Infrarotplatten zur Luftentkeimung im Lüftungskanal in Luftstromrichtung eingebaut sind.
Die US8211374B2 beschreibt ein Luftreinigungsgerät und ein Verfahren zum Entfernen von Luftschadstoffe oder Verunreinigungen wie Mikroorganismen, Rauchpartikel oder Gerüche aus der Luft durch vorübergehende Behandlung der Luft mit einem Koronaentladungs-Ozongenerator.
Die Anmeldung US6497840B1 beschreibt ein Ultraviolettes keimtötendes Verfahren und eine keimtötende Vorrichtung zur Zerstörung luftgetragener pathogener Bakterien wie Tuberkulose-Bakterien unter Verwendung von ultraviolettem Licht. Luft wird durch einen Filter und in eine Sterilisationskammer, die mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, und durch eine Auslassöffnung abgesaugt. Die Berücksichtigung der Eigenschaften des Raums, in dem das Gerät installiert ist, und die Positionierung der Installation ermöglichen eine wirksame Verhinderung der Übertragung von Krankheiten durch Auswurf und Inhalation von Mikrotröpfchen aus der Luft von Bakterien enthaltendem Auswurf.
Die US8772744B1 beschreibt einen Schalter, der durch Luftstrom in eine Belüftungsanlage aktiviert wird. Ein durch Luftstrom aktivierter Schalter wurde erfunden, um die UV-C-Lichter einzuschalten, wenn Luftströme durchströmen, und auszuschalten, wenn Luftströme in den HLK-Systemen anhalten. Die UV-C-Lichtquellen sind entweder LEDs oder Leuchtstoffröhren.
Die US5833740A offenbart einen chemischen / biologischen Luftreiniger. Der Luftreiniger hat ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, die beide auf einer Längsachse ausgerichtet sind, einen Turbulenzgenerator, eine oder mehrere keimtötende UV-Quellen, die die biologische Reinigung erreichen. Die keimtötende UV-C-Quelle ist im Gehäuse parallel zur Längsachse des Gehäuses stromabwärts der Vakuum-UV-Quelle montiert. Die verwendete keimtötende UV-C-Quelle tötet in der Luft vorhandene biologische Verunreinigungen durch Bestrahlung ab und baut das von den Vakuum-UV-Quellen erzeugte Restozon in molekularen Sauerstoff ab, wodurch Luft von den biologischen Verunreinigungen und dem Restozon gereinigt wird.
Die US6135838A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer UV-Lampe zur Behandlung von Abgas und eine UV-Lampe zur Behandlung von daraus hergestellten Abgasen.
Die US5742063A beschreibt einen Luftdesinfektionsmittelaufsatz für Luftkanäle. Die Sterilisationseinheit für Luftkanäle ist mit einem Aluminiumgehäuse und mindestens einer UV-emittierenden Sonde ausgestattet, die sich nach unten in den Kanal erstreckt. Die Oberseite des Geräts überragt die Seitenwände und erleichtert den Einbau in den Kanal. Mindestens eine UV-emittierende Sonde in Verbindung mit der Schaltung erstreckt sich nach unten in den Luftkanal. Es gibt einen Lichtsensor oder Monitor, der sich von der Oberseite des Geräts bis zu einem Punkt in der Nähe der Sonde erstreckt, um den Zustand der UV-Sonde visuell anzuzeigen, ohne dem UV-Licht ausgesetzt zu sein. Der Ein- / Aus-Schalter an der Oberseite des Geräts sorgt für Sicherheit bei der Wartung der Sterilisationseinheit.
Alle diese Vorrichtungen und Verfahren dienen die Luft in eine Strömungsanlage (Belüftungsanlage) keimfrei zu machen. Allerdings sind bei allen mehr oder weniger nicht ganz optimale Lösungen vorhanden. Wenn man solche Vorrichtungen in eine kleine Anlage mit starker Luftströmung verwendet, dann ist die Entkeimung nicht optimal gewährleistet. Nahezu überall werden UV-Leuchtstoffröhren für die Erzeugung von UV-Licht eingesetzt. Die Verwendung von Leuchtstoffröhren kann insgesamt beachtliche Leistungen liefern, allerdings leider nicht die notwendige Strahlungsdichte erzeugen, wenn man eine kleine, kompakte Anlage braucht. Hinzu kommt eine nicht ganz optimierte Energiebilanz zustande.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 30 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde eine kompakte, besonders energiesparende, wartungsarme Virenschutz-Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, aktiv die Viren und andere Krankheitserreger, wie Bakterien in Luft- oder Flüssigkeitsströmungs-Bereiche, vorzugsweise in Belüftungs-Systeme aller Art oder Klimaanlage zu neutralisieren oder zu vernichten ohne dabei die Luftströmung zu behindern.
Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 30 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Vorteile der Erfindung sind:

- diese Vorrichtung ist in der Lage, Krankheitserreger wie Viren oder Bakterien zuverlässig in einem Bereich zu neutralisieren oder vernichten, auch während die Luftmassen dort mit hohe Geschwindigkeit ein- oder ausströmen,
- sie ist sehr kompakt aufgebaut,
- liefert eine hohe Leistung,
- verbraucht sehr wenig Energie,
- ist wartungsarm, fast wartungsfrei,
- sie behindert nicht die Luftströmung,
- sie kann in jede Klimaanlage (auch in Fahrzeuge), Belüftungs-Systeme oder Ventilatoren / Gebläse eingebaut werden,
- kostengünstige Produktion,
- wirkt zuverlässig auch gegen noch unbekannte oder neue Arten von Viren oder Bakterien, daher optimal auch gegen H1N1 oder andere Erreger, wie z.B. Corona-Viren (SARS-CoV-2, COVID19, oder künftige COVID25 / 32, etc.)

Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden anhand der 1 bis 11 erläutert. Es zeigen:

1 eine Darstellung des Funktionsprinzips dieses Systems,
2 die Variante mit dem Reflektor und dessen Aufbau,
3 eine Vorrichtung mit einem Luftfilter vor oder nach dem Reflektor und UV-Lichtquelle,
4 den speziellen Reflektor, der in einem Ventilator oder Gebläse eingebaut ist,
5 die Variante mit dem Kugelreflektor,
6 eine Darstellung des Ringreflektors,
7 eine ringförmige Linse, die im Innenwand des Reflektors eingebaut ist, die mittig in dem Reflektor-Band platziert ist,
8 einen Rohr-Reflektor mit einer Wölbung an den Rändern,
9 eine Variante des Reflektors mit Total-Reflexions-Effekt.
10 einen Reflektor, der eckig oder oval (oder in eine anderen Form) geformt ist,
11 eine Variante, die in einem Fahrzeug eingebaut ist.

Es ist bekannt, dass intensives UV-Licht, insbesondere UV-C sehr wohl in der Lage ist, 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.
Die Erfindung löst genau das Problem. Hier wird mit relativ wenig UV-Leistung, bei einer kompakten Bauweise eine sehr hohe Effizienz erreicht. Gleichzeitig wird die Gefahr für Menschen so gering wie möglich gehalten. 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. Ebenso verschiedene Laserstrahler z.B. auf Metalldampf-Hohlkathoden basierenden UV-Laser (z.B. HeAg-Laser bei 224.3 nm und NeCu-Laser 248nm) können diese Strahlung erzeugen. Mit etwas kleinere Leistung sind Laserdioden in der Lage die notwendige UV-Laserstrahlung zu erzeugen. Um UV-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge in monochromatischen Form zu erzeugen, wie z.B. das UV-Licht mit 222nm Wellenlänge, sind bei niedrige bis Mittel-Leistung 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.
Diese Vorrichtung nutzt genau diesen Lichteffekt, um die Krankheitserreger aktiv zu bekämpfen. Die feinen Mikrotröpfchen sowie Bakterien oder Viren, die in die Luft sich befinden, werden dabei durch UV-Strahlung desinfiziert. Sie kann zwar einen Luftfilter beinhalten, muss aber nicht zwingend. Die Vorrichtung ist geeignet, um große oder kleinere Luftmassen während Luftströmungen zu dekontaminieren und wird 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. Vor allem ist die Vorrichtung sehr kompakt aufgebaut und der Energieverbrauch dabei ist relativ gering. Die UV-Strahlen, die mit einer Wellenlänge unter 200nm liegen, erzeugen vermehrt Ozon, was auch nicht ganz toll für die Gesundheit ist.
Die Vorrichtung ist in Form eines kurzen Rohrs (oder Rings) gebaut, das mit einer klaren Spiegel-Innenwand ausgestattet ist. Die Vorrichtung kann in die Luft-Leitungen des Belüftungs-System einfach integriert werden (eine Art „Durchschleife“). Die Vorrichtung sollte möglichst den gleichen Innendurchmesser, wie die Luft-Leitungen des Belüftungs-Systems haben, sodass die Luftströmung keinesfalls behindert wird. Je nach Größe der Belüftungs-Anlage oder Klima-Anlage bzw. deren Luft-Leitung-Innendurchmesser, kann die Vorrichtung wie ein Ring aus Metall oder ein kurzes Rohr aussehen. Am Rand bzw., an die Außenwand 47 der Vorrichtung ist mindestens eine UV-Strahlenquelle integriert, die fast radial bzw. rechtwinklig oder quer zu Luftströmungsrichtung 2 in das Innere des Reflektors strahlt und von gegenüberliegender Spiegelwand stets und mehrfach hin und her zurückreflektiert wird. Weil die Spiegelwand kein diffuser Reflektor ist, sondern ein richtig klarer Spiegel ist, ist die Reflektion der UV-Strahlen sehr gut. Die UV-Strahlen aus der UV-Strahlenquelle (UV-Laserdiode) kommen nicht in diffuser Form, sondern sie sind stark gebündelte UV-Laserstrahlen. Sie dringen durch ein kleines Lichtfenster im Reflektor hinein und werden dann quer zu Luftströmungsrichtung in dem Reflektor stets von einer Spiegel-Wand auf die andere Spiegel-Wand-Seite reflektiert und das mehrfach (dutzende wenn nicht hunderte Male), sodass sie komplett die Öffnung des Reflektors durch eine UV-Strahlenwand (Lichtbarriere) schliessen. Durch die zahlreiche Reflektion der UV-Strahlen rotiert deren Richtung stets innerhalb des Reflektors (unter anderen auch auf der 10b optimal zu sehen). Weil die Spiegelfläche innen in dem Reflektor zylindrisch geformt ist, werden die UV-Strahlen beim Reflektieren jedesmal breiter, aber sie bleiben stets auf eine Ebene. Auf diese Weise wird eine UV-Strahlenwand erzeugt, die die ganze Reflektor-Öffnung lückenlos schließt. Durch die zahlreiche Reflektionen, und weil die Strahlen stets auf der gleichen Ebene sich befinden bzw. planparallel reflektiert werden, ist die Strahlenintensität in dem Reflektor enorm hoch. Es kann das Hundertfache der UV-Leistung der Laserdiode oder mehr erreichen, was mit herkömmlichen UV-Leuchtmitteln und diffuse Spiegel-Wände nicht erreichbar ist. Die Stromversorgung wird durch eine Stromleitung gewährleistet. Man kann zwar auch Akkus einsetzen, die hätten allerdings eine begrenzte Leistung. Die Vorrichtung wird am Lufteinlass (oder Luftauslass) oder irgendwo in den Luftröhren oder Luftkanälen des Belüftungs-Systems oder der Klimaanlage (z.B. im Haus, Flugzeug oder im Auto) 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.
Die einfachste Variante sieht wie ein kurzes Rohr oder Ring aus, in dem ein oder mehrere UV-Strahler integriert sind und eine Art Lichtbarriere aus UV-C Licht durch zahlreiche und präzise ausgeführte UV-Lichtreflektionen generiert wird. Die Lichtbarriere besteht aus UV-Lichtstrahlen oder UV-Laserstrahlen, die mit solcher Intensität abgegeben werden, dass die Krankheitserreger dadurch abgetötet oder unschädlich gemacht werden. Falls die Vorrichtung dort eingesetzt werden soll, wo auch Menschen sich befinden, sollte dann die UV-Lichtstrahlen oder UV-Laserstrahlen mit 222nm Wellenlänge verwendet werden, weil diese das menschliche Gewebe weitgehend verschonen. In Belüftungs-Systeme eingebaut, ist die Schädlichkeit für Menschen irrelevant, weil dort keine Menschen sich aufhalten. Die UV-Methode wird zwar seit längerer Zeit auch industriell angewendet (Desinfizierung von Luft und Flüssigkeiten vor dem Verpacken in Behälter), hier aber bei der Erfindung ist die Verwendung von UV-Laserdioden und vor allem in Kombination mit den speziellen Reflektor neu, der die UV-Strahlung deutlich verstärkt. Auf diese Weise kann man mit relativ geringer UV-Strahl-Leistung einen beachtlichen Dekontaminations-Effekt erreichen.
Auf der 1 ist eine recht einfache Variante der Vorrichtung dargestellt worden. Der UV-Viren-Filter weist hier mindestens eine intensive, leistungsstarke UV-LED oder noch besser eine oder mehrere UV-Laserdioden 1 auf, die quer zu Luftströmungs-Achse 2 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. 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 10W erbringen. Durch den Reflektor 4, der rohrförmig (oder ringförmig, oder oval oder eckig oder in einer anderen Form) gebaut ist, in dem die Innenwand 5 klar verspiegelt ist, wird die Laserstrahlintensität innerhalb des Reflektors stark zunehmen und die Luftmassen, die dadurch strömen, dekontaminieren. Das Reflektor-Rohr (oder Ring) 4 ist relativ kurz und die Spiegelfläche klar verspiegelt, sodass die quer zu Luftströmungsrichtung in dem Reflektor abgegebene UV-Strahlen einige dutzende oder gar hunderte Male hin und her drin zurückreflektiert werden. Natürlich durch die zahlreiche Reflektion bzw. leicht Absorbierenden-Effekt bei jeder Reflektion werden die immer wieder reflektierenden UV-Strahlen immer schwächer, aber es kommen dauernd neue UV-Strahlen von der UV-Laserdiode hinzu.
Eine automatische Steuerung 6 kann anhand der StrömungsGeschwindigkeit die Laser-Leistung automatisch regeln. Bei schneller Luftbewegung durch das Reflektor-Rohr 4 muss die UV-Leistung höher sein, um alle dort befindlichen Viren oder Bakterien 7 zu neutralisieren, als der Fall bei langsamer Luftbewegung ist. Weil die Krankheitserreger 7 bei höherer Luftströmungs-Geschwindigkeit relativ schnell aus der UV-Zone sich entfernen, ist eine höhere UV-Strahlintensität notwendig, um den Dekontaminations-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. Die Vorrichtung kann mit einem Strömungsgeschwindigkeitsmesser 8 ausgestattet werden und mit einen 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-StrahlIntensität angepasst wird.
Die Laserstrahlen 3 sind scharf gebündelt und bilden eine Art Lichtwand / Lichtbarriere, die den Luftzirkulations-Eingang komplett durch Lichtstrahlen „schließt“. Die Bereiche in dem Reflektor, die eventuell durch UV-Strahlen nicht geschlossen werden können, können vorab durch kleine Wände oder Blenden 10 mechanisch geschlossen (1). Anderseits bei präzise Aufbau und Klar-Spiegelwand auf der Innenfläche des Reflektors sind solche Blenden nicht notwendig, weil sie die Luftströmung behindern und dann Wirbel erzeugen, was auf die Strömungsdurchfluss negativ wirkt. Die UV-Licht-Methode, mit der die Luft in einem Raum desinfiziert wird, wird manchmal für die Industrie-Zwecke oder in Forschungslabors eingesetzt. Allerdings wird hier der ganze Raum bestrahlt, was eine dementsprechend starke UV-Lichtquelle und eine längere Bestrahlungszeit erforderlich macht. Bei der Erfindung 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 Luftmassen desinfizieren, 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 dekontaminiert. Die UV-Strahlenintensität ist in diesen kleinen Bereich trotz schwächerer Laserleistung, relativ hoch, weil der Rohr-Reflektor 4 mit klar spiegelnder Innenwand 5 die UV-Strahlen mehrere dutzende oder hunderte Male hin und her reflektiert.
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 11 einen Durchmesser von 80cm hat, dann wird durch den UV-Laserstrahler anfangs eine Fläche von ca. 80 x 30cm bestrahlt. Bei den Varianten mit dem Ringreflektor ist die Fläche noch kleiner. Die Ringbreite kann dabei nur ein paar cm betragen, was in unserem Fall 80 x 2cm betragen würde. Es wären also 160cm², die mit 10W UV-Laserstrahl bestrahlt wären, was ca. 62mW / cm² bedeutet. Durch die mehrfache UV-Reflektion summiert sich dieser Wert mit der Anzahl der Reflektionen. Bei 110 Reflektionen beträgt sie ca. 6W / cm² (wenn die Absorptionswerte abgezogen sind), was enorm hoch ist. Die UV-Laserstrahlenergie akkumuliert sich innerhalb des Reflektor-Rings. 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 Krankheitserreger 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 30cm starken Licht-Vorhang schließen. Die Luftmassen müssen beim Ein- oder Ausströmen durch diese Lichtbarriere hindurch. Die Viren oder Bakterien in die Luft überqueren die Öffnung 12 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 ist sehr intensiv und kann die Krankheitserreger durchaus abtöten. 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 Viren bewirken kann. Die UV-Strahlungs-Intensität wird maßgebend durch den speziellen, rohrförmigen Reflektor verstärkt.
Das Rohrstück, das den Reflektor bildet und mit dem UV-Strahler ausgestattet ist, durch den die ganzen Luftmassen hineinströmen müssen, ist innen klar verspiegelt. Die Reflektionen erzeugen kaum Lichtstreuung, weil die Wandflächen gegenüber stets parallel gerichtet sind und die Laserstrahlen gebündelt sind. 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 öfter die UV-Strahlen in dem Rohrstück hin und her reflektiert werden, desto stärker ist der Dekontam i nations-Effekt.
Der Reflektor, der die Laserstrahl-Viren-Barriere bildet, kann mit einem Luftfilter 13, wie die herkömmlichen Belüftungsanlagen (oder KlimaAnlagen) versehen (3). Die Variante mit dem Filter (Filter-Wand) kann in drei Versionen gebaut werden. Das Reflektor-Rohr (oder der Reflektor-Ring) und die UV-Laserquelle können vor, hinter dem Filter oder mittig mit zwei Filtern an jede Seite eingebaut werden.
Die Filterwände können kreisförmig gebaut werden und mit je einem Verschluss-Gewinde 14 versehen werden, wobei diese einfach an dem Reflektor 4 eingeschraubt werden.
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) 5 des Reflektors 4 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 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 4 auch grösser oder kleiner gebaut werden. Die Innen-Wand des Reflektors kann in die Längsachse 15 des Rohrs flach sein oder etwas gewölbt an den beiden Rändern 16. 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 1 ist in die Reflektor-Wand 17 integriert, mit der fast radialen Strahlrichtung auf die gegenüber liegender Reflektor-Innenwand 5. 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 5 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 UV-Strahlen-Wand /- Lichtbarriere 48 zu (auch den Mittelpunkt des Rohrs). An jeden Reflektions-Punkt breiten sich die Laserstrahlen in Form eines Dreiecks aus (8b). 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 Dekontaminations-Effekts. Eine leichte Wölbung 18 kann dazu dienen, die UV-Strahlen die sich dem Rand 16 nähern, wieder möglichst mittig in dem Reflektor-Ring bei erneuter Reflektion zu positionieren (8a). 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 Viren und Bakterien 7 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 Dekontaminations-Leistung innerhalb des Reflektors ist. Deswegen auch mit geringer Laserstrahl-Leistung ist ein beachtlicher Effekt erzielbar. 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 47 des Reflektors 4 mit fast radiale Strahlrichtung eingebaut werden. Die UV-Strahlen dringen durch einen dünnen Schlitz 19 oder einer kleinen Öffnung von der Peripherie in dem Innenbereich des Reflektors ein. Der Schlitz oder die kleine Öffnung ist mit eine durchsichtigen Scheibe 20, die die UV-Strahlung ungehindert durchlässt, bedeckt. 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 21 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 Dekontaminations-Ablaufs und Keimtötung bei einer Klimaanlage wichtig ist.
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 4. Hier werden die UV-Laserstrahlen oder UV-Strahlung weitgehend konzentriert an eine Stelle abgegeben und durch wirksame Reflektion sehr intensiv, was eine Dekontamination aufrechterhält, auch bei etwas höheren Luftströmungsgeschwindigkeiten durch das Rohr.
Eine weitere Variante, die auf der 5 abgebildet ist, weist einen kugelförmigen Reflektor (Hohlsphäre) 22 auf, der innen hohl gebaut ist und mit zwei Durchfluss-Öffnungen 23 für eine ungehinderte Luftdurchströmen in seine Luftströmungsachse 2 versehen ist. Die Innenwand 24 der Hohlkugel ist komplett verspiegelt. Eine kleine Öffnung / Lichtfenster 25 in Umfang der Sphäre 22 dient dazu, die UV-Laserstrahlen 3 von außen eingebauten UV-LED oder UV-Laserdioden 1 in die Kugel 22 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 24 und ebenso durch die zwei Öffnungen 23 in die Kugel, durch die die Luftmassen durchströmen. In eine Öffnung dringt die Luft ein, wird durch UV-Strahlen dekontaminiert und dann durch die andere strömt heraus.
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 Luft-Desinfizierungseigenschaft 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 die optimale Dekontamination aufrechterhalten. Der Reflektor kann auch eckig oder oval geformt sein (10). Wichtig ist dabei, dass dessen InnenWandfläche verspiegelt ist. 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 Desinfizierungs-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 Viren und Bakterien innerhalb von ein paar Millisekunden abtöten.
Wenn man Filter einbauen möchte, können diese auch aus feinmaschigen Netzen aus Silber (oder silberbeschichtet) bestehen. Silber wirkt antibakteriell und kann somit gegen Bakterien schützen. Ein Netz hält allerdings keine Viren oder Bakterien auf.
Eine automatische Steuerung 28 steuert die Intensität der UV-Lichtquelle (UV-Laserdiode) in Koordination mit den Daten eines Strömung-Geschwindigkeits-Sensors 29.
Die Öffnung oder der Schlitz 19 (oder Lichtfenster 25), 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 20 bedeckt ist. Auf der Außenseite wird die UV-C LED oder Laserdiode sowie eine Korrekturlinse oder Spiegel 30 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.
Anstatt oder zusätzlich zu der UV-Strahlenquelle kann auch eine IR-Strahlenquelle eingebaut werden, die durch Hitzeeinwirkung die Krankheitserreger tötet. Es reicht wenn die Krankheitserreger auf ca. 120°C blitzschnell erhitzt werden, um diese zu neutralisieren. Eine UV-Laserdiode mit 10W kombiniert mit einer IR-Laserdiode mit ebenso 10W Laserleistung kann problemlos mit Hilfe des Rohrförmigen-Reflektors mit einem Rohrquerschnitt von 1m auf einer Länge von 30cm bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 3m/s dekontaminieren. In Kugelreflektor eingebaut, ist die Wirkung etwas höher, weil der Strahlenverlust geringer ist.
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.
Alle elektronischen und elektrischen Bauteile können kompakt in einem Gehäuse 33 oder sogar in dem Reflektor 4 selbst eingebaut werden, der dann durch Gewinde 34 oder einen Verschluss leicht in das Belüftungs-System integriert werden kann.
Um die Laserstrahlen im inneren Bereich des Reflektor-Rohrs so lange wie möglich zu halten, sollte die Spiegelfläche klar sein und auch so gut gerichtet, dass die Strahlen von eine Wand-Fläche auf die andere treffen. Durch die Rohrkonstruktion und generell in einem Rohr sind die gegenüberliegenden Flächen immer parallel angeordnet, solange das Rohr stets den gleichen Durchmesser hat. Es kann zusätzlich in die Innenwand des Reflektors eine ringförmige oder leicht gewölbte Linse 35 eingebaut werden, die mittig in die Reflektor-Innenwand platziert ist ( 7). Diese Linse bringt die Lichtstrahlen immer wieder dazu, den Mittelbereich des Reflektors zu erreichen. Sie kann zwar nicht ewig lange die Laserstrahlen Richtung Mittelbereich der Spiegelwand orientieren, aber zumindest anfangs klappt das.
Die UV-Strahlenquelle kann bei allen Varianten automatisch mit dem Belüftungssystem eingeschaltet werden oder separat mit Hilfe eines Schalters jederzeit manuell aktiviert oder deaktiviert werden. Diese Vorrichtung wirkt in beiden Richtungen sehr zuverlässig. Das bedeutet, es dekontaminiert sehr gut sowohl die Luftmassen, die einströmen, als auch diese die ausströmen. Allerdings, zu erwähnen ist, dass das Antiviren-Modul mit UV-Laserdioden nicht in der Lage ist 100% der Viren zu neutralisieren, wenn die Luftströmungs-Geschwindigkeit durch das Rohr viel zu hoch ist und die Laserdioden-Leistung mittelmäßig. Mit dementsprechend hoher Laserleistung wäre das machbar, aber die Kosten dafür wären relativ hoch. Die Effektivität der UV-C-Strahlen ist allerdings recht hoch. Ca. 99% der Influenza-Viren werden durch eine sehr geringe UV-C-Laserleistung, die lediglich 5 mWs/cm² beträgt, inaktiviert. Die Leqionellen werden mit einer Leistung von 1,35 mWs/cm² zu 99% inaktiviert. Die Corona-Viren brauchen auch lediglich 6-8 mWs/cm. Bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Luft kann man die Leistung der Laserdioden erhöhen. Wenn man einige 100W Dauer-Laserleistung erbringen würde, dann auch bei einer Luftströmung von 10m²/s würden keine Viren überstehen und das ist technisch heutzutage machbar, aber solche starke Laserstrahler sind etwas teuer und deren Begleitelemente, insbesondere die Kühleinheit dafür ziemlich schwer.
Die Vorrichtung kann in jedem Belüftungs-System, Klimaanlage oder sogar Gebläse oder Ventilatoren 36 eingebaut werden. In Klimaanlage 37 der Fahrzeuge 38 (oder in einem Gebäude) eingebaut (11), kann sie auch gegen Pollen 39 eingesetzt werden. Durch starke Laserstrahlen werden die Pollen bzw. deren Oberfläche weitgehend verändert, dass sie nicht mehr Allergien hervorrufen können. Ebenso die Oberflächen der Staubpartikel 40 können damit dekontaminiert werden, bzw. die Sporen, die dort haften, unschädlich gemacht werden. Hierfür sind auch IR-Laserdioden 46 geeignet. Die Strahlenenergie die dabei in Form von Hitze durch die Pollen (und Staubpartikel) absorbiert wird, kann deren Oberfläche weitgehend verändern, sodass sie keine Allergien mehr hervorrufen können.
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) 41, 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 (9). 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 42 kann ähnliches bewirken (12). An seinen beiden Enden 43 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 der Glaslinse komplett absorbiert werden, oder sie so weit am Rand des Ringes kommen, dass sie durch Absorber-Ringe 21 absorbiert und in Wärme umgewandelt werden.
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. direkt in die UV-Laserdiode wieder eindringen werden, sind für die Laserquellen-Medium sehr schwach 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.
Die hier beschriebenen Vorrichtungen, können in Belüftungs-Systeme oder Klimaanlagen von Krankenhäusern oder Arztpraxen eingesetzt werden. Das Wichtigste Teil ist hier der spezielle Reflektor, der durch das Zusammenspiel mit der Laserdiode eine enorme Intensitäts-Steigerung bewirkt. Es gibt auch aus dem Stand der Technik UV-Entkeimungs-Anlagen, die in Belüftungs-Systeme integrierbar sind, die aber alle mit UV-Lichtquellen arbeiten, die diffuses Licht abgeben und die dort eingebaute Reflektoren ebenso diffuse Reflektionen erzeugen. Die Vorrichtung hier in der Beschreibung beschrieben, ist dagegen deutlich effektiver, weil kein Streulichteffekt erzeugt wird und die UV-Strahlen weitgehend in dem Reflektor bleiben, sodass diese nicht ein paar, sondern mehrere dutzende Male hin und her reflektiert werden. Wichtig sind dabei der Aufbau und die präzise Ausrichtung der Spiegelflächen, die klar sind und kaum Lichtstreuung verursachen. Die scharf gebündelte UV-Laserstrahlen werden relativ lange in dem Reflektor bleiben, bzw. einige dutzende Male hin und her von den Wänden des Reflektors hin und her reflektiert werden, weil die klaren Spiegelflächen in dem Reflektor sehr genau parallel zu Luftströmungsrichtung angeordnet sind und auf diese Weise jedesmal, wenn ein UV-Strahl die Wand trifft, diese wieder nahezu vollständig an die gegenüber liegende Wandfläche zurückreflektiert wird. Auf diese Weise mit minimale UV-Laserstrahl-Leistung ein maximaler Desinfizierung-Effekt erreicht wird. Das ist das Hauptmerkmal, das die Erfindung von dem Stand der Technik unterscheidet.
Solche Vorrichtungen sind optimal für OP-Saale geeignet. Insbesondere während Grippe-Wellen oder gefährliche hochansteckenden Krankheiten gehören die Ärzte bzw. das Krankenhauspersonal allgemein zu gefährdeten Gruppen, die durch solche Vorrichtungen effektiv geschützt werden können. Die UV-C Strahlung vernichtet sehr effektiv, schnell und zuverlässig alle Viren-Arten. Ob Influenza, Viren der Stufe H1N1, COVID (Coronaviren), bakterielle Erreger, Masern, Pest, Ebola, oder andere Bakterien- oder Virenarten vorkommen, spielt bei der UV-C Strahlung fast keine Rolle. Diese Methode schützt zuverlässig auch von jetzt noch unbekannte Virenarten. Das tolle daran ist, das weder Viren noch Bakterien können sich dagegen wehren oder eine Resistenz dagegen bilden. Die Strahlung zerstört die Viren, indem diese chemische, biologische und mechanische bzw. physische Schäden davon tragen. Es werden dabei molekulare Strukturen und Bindungen zerstört oder verändert, sodass die Viren oder Bakterien nichts mehr anrichten können. Es reicht in der RNA oder DNA-Kette ein paar Bereiche zu zerstören, um diese trotz interner Gen-Reparatur-Programme unbrauchbar zu machen. Es gibt zwar Bakterien, die eine etwas gegen UV-Licht resistente Hülle haben, aber auch diese ist mit dementsprechender UV-Strahlenleistung überwindbar.
Anstatt eines einfachen Reflektors kann man auch einen Retroreflektor einbauen oder den Spiegelreflektor zusätzlich mit Retroreflexionselemente ausstatten. Das sind spezielle Reflektoren, die das Licht stets in Richtung des Lichtgebers reflektieren. Ob Ausführungen mit drei spiegelnden Flächen, Tripelreflektoren oder Linsenähnliche Retroreflektoren eingebaut werden, ist dabei nicht von großer Relevanz und bleibt dem Hersteller überlassen.
In Fahrzeuge eingebaut, kann die Vorrichtung sehr gut nicht nur gegen Viren und Bakterien in die Luft (z.B. H1N1 Viren oder Corona-Viren), sondern ebenso gegen Pollen wirken. Der Ringreflektor kann in jede Klimaanlage eines Fahrzeugs eingebaut werden (auch nachträglich). Es ist schließlich nur ein kompakter Ringreflektor, der problemlos an die Luft-Auslass-Öffnung eines Fahrzeugs eingebaut werden kann. Ein Ring mit einem Durchmesser, der passend zu der Luft-Auslas-Öffnung ist, eine Stromverbindung und Steuerung für die UV-Laserstrahlenquelle und die dort eingebaute UV-Laserstrahlenquelle genügt, um die ausströmende Luft zu desinfizieren oder die Pollen zu neutralisieren. Um die Insassen in einem Fahrzeug vor austretenden UV-Laserstrahlen zu schützen, die zwar vorwiegend in dem Reflektor-Ring drin bleiben, aber dennoch ein kleiner Anteil auch außerhalb des Reflektors austreten kann, sind die Absorber-Ringe eingebaut. Hinzu kann ein Netz, Gitter oder Filter eingebaut werden, der die UV-Strahlen absorbiert. Die Pollen in den Luftmassen, die durch einen Belüftungs-Kanal und durch den Reflektor-Rohr und UV- / IR-Laserstrahlen in die Fahrzeug-Kabine gelangen, werden mit Hilfe von UV- / IR-Laserstrahlen recht gut neutralisiert, sodass diese keine Allergie-Reaktionen mehr auslösen können. Die Vorrichtung kann sogar in Klein-Maßstab mit einem Gebläse kombiniert gebaut werden und als Sensibilisator Zuhause für Pollen-Allergiker Verwendung finden.
Die Vorrichtung kann auch mit moderne Mikroprozessor- und Steuerungstechnik ausgestattet werden. Ein kleiner CPU 44 kann die Leistung anhand der Strömungssensor-Daten automatisch regeln und auch die Daten über Drahtleitung oder einer eingebauten Funkschnittstelle 45 an eine zentralen Recheneinheit zusenden (2).
Vorteilhaft ist bei der Erfindung auch die Tatsache, dass die UV-Strahlenquelle nicht wie beim Stand der Technik in dem Rohr, wo die Luft strömt eingebaut ist, sondern außerhalb des Rohres bzw. außerhalb des Reflektors. Der ringförmige oder rohrförmige Reflektor kann in die Luftleitung (Luft-Leitungs-Rohre oder Kanäle) einfach integriert werden und sollte möglichst den gleichen Innen-Durchmesser, wie die Luftleitungen haben. Weil die Laserdioden außerhalb des Reflektors in seine Außenwand eingebaut sind, stehen sie somit der Luftströmung gar nicht im Weg. Die Laserstrahlen dringen lediglich durch das Lichtfenster ein und somit wird die Luftströmung überhaupt nicht behindert oder beeinflusst. Dadurch ist auch das mechanische Reinigen der Lüftungskanäle, wenn mal Staub oder Schmutz sich ansammeln sollte, deutlich leichter. Die Spiegel-Wand des Reflektors kann mit einer Nano-Beschichtung ausgestattet werden, an der die Schmutz-Partikel gar nicht haften können. Sie sollte allerdings kein Hindernis für die UV-Strahlen sein (keine UV-Absorption).
Bezugszeichenliste

1.: UV-LED oder UV-Laserdiode
2.: Luftströmungs-Achse / Luftströmungs-Richtung
3.: Lichtstrahlen / Laserstrahlen
4.: Reflektor
5.: Innenwand, Spiegelwand
6.: Steuerung
7.: Viren, Bakterien, Krankheitserreger
8.: Strömungsgeschwindigkeitsmesser
9.: UV-Laserdioden-Leistungsregler
10.: Wände oder Blenden
11.: Belüftungsrohr
12.: Öffnung
13.: Luftfilter
14.: Verschluss-Gewinde
15.: Längsachse des Rohrs
16.: Ränder
17.: Reflektor-Wand
18.: Wölbung
19.: Schlitz-Öffnung / längliches Lichtfenster
20.: durchsichtige Scheibe
21.: UV-Lichtabsorbierende Beschichtung oder Absorber-Ring
22.: kugelförmigen Reflektor (Hohlsphäre)
23.: Durchfluss-Öffnungen
24.: Innenwand der Hohlkugel
25.: kleine Öffnung / Lichtfenster
26.: Spiegelfläche
27.: Hitzeelement / Heizelement
28.: automatische Steuerung
29.: Strömung-Geschwindigkeits-Sensor
30.: Korrekturlinse oder Spiegel
31.: Lithium-Zelle (Akku)
32.: Stromleitung
33.: Gehäuse
34.: Gewinde
35.: gewölbte Linse
36.: Gebläse oder Ventilatoren
37.: Klimaanlage
38.: Fahrzeug
39.: Pollen
40.: Staubpartikel
41.: Glaslinse / Ring-Linse / Prisma-Linse
42.: Ringförmiger, im Querschnitt U-förmiger Lichtleiter
43.: Lichtleiter Enden
44.: Mikroprozessor / CPU
45.: Funkschnittstelle
46.: Infrarot-Laserstrahlenquelle / IR-Laserdiode
47.: Außenwand des Reflektors
48.: UV-Strahlen- / -Lichtbarriere

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202010001958 U1 [0005]
US 8211374 B2 [0006]
US 6497840 B1 [0007]
US 8772744 B1 [0008]
US 5833740 A [0009]
US 6135838 A [0010]
US 5742063 A [0011]

Claims

Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens - einen rohr- oder ringförmigen Reflektor, der in die Luft-Leitung der Anlage eingebaut ist, durch den die Luftmassen durchströmen können, dessen Innenwand einen klar spiegelnden Spiegelwand bildet, deren Wand parallel zu der Luftströmungsrichtung verläuft, wobei einen radial in dem Reflektor abgegebenen UV-Lichtstrahl mehrfach hin und her innerhalb des Reflektors quer zu Luftströmungsrichtung mit sehr geringen oder ohne Streueffekt reflektieren kann, - eine intensive UV-Lichtquelle oder UV-Strahlenquelle, die in Innenbereich des Reflektors ihre Strahlen radial oder in eine Ebene, die quer zu Luftströmungsrichtung liegt, in dem Reflektor gebündelt abgibt, die eine UV-Strahlenwand-Barriere bilden, welche die durch den Reflektor ein- und ausströmende Luftmassen direkt in dem Reflektor bestrahlt, die in der Lage ist, Krankheitserreger in die Luft in diesem Bereich unschädlich zu machen, - eine Steuerung, die mit der UV-Lichtquelle oder UV-Strahlenquelle gekoppelt ist, aufweist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens - einen in die Luftleitung eingebauten, rohr- oder ringförmigen Reflektor, durch den die Luftmassen durchströmen können, dessen Innenwand einen klar spiegelnden Spiegelwand bildet, deren Wand genau parallel zu der Luftströmungsrichtung verläuft oder die radial gegenüber liegende Punkte der Wand im gesamten Länge des Reflektors gleich entfernt sind, wobei einen radial in dem Reflektor abgegebenen UV-Lichtstrahl mehrfach hin und her innerhalb des Reflektors quer zu Luftströmungsrichtung mit sehr geringen oder ohne Streueffekt reflektieren kann, - eine intensive UV-Strahlenquelle in Form einer UV-Leuchtdiode oder UV-Laserdiode oder eine auf Metalldampf-Hohlkathoden basierende UV-Laser-Quelle, die in Innenbereich des Reflektors ihre Strahlen radial oder in eine Ebene, die quer zu Luftströmungsrichtung liegt, in dem Reflektor gebündelt abgibt, die eine UV-Strahlenwand-Barriere bilden, welche die durch den Reflektor ein- und ausströmende Luftmassen direkt in dem Reflektor, bedingt durch die multiple UV-Strahlenreflektion zwischen der Spiegelwand-Flächen mehrfach bestrahlt, die in der Lage ist, Krankheitserreger in die Luft in diesem Bereich unschädlich zu machen, - eine Steuerung, die mit der UV-Lichtquelle oder UV-Strahlenquelle gekoppelt ist, aufweist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor rund oval oder eckig oder in einer anderen Form gebaut ist, wobei die UV-Lichtstrahlen mehrmals zwischen den Reflektor-Innen-Wänden hin- und her reflektiert werden.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle oder UV-Strahlenquelle direkt in dem Reflektor eingebaut oder dort integriert ist oder in die Außenwand des Reflektors eingebaut ist und die Strahlen durch eine Öffnung oder einen UV-Durchsichtigen Lichtfenster radial oder fast radial oder auf eine Ebene, die quer zu Luftströmungsrichtig liegt, in dem Innenbereich des Reflektors eindringen, wobei die Schlitz-Öffnung kreisförmig ist oder längsförmig und in die Luftströmungs-Richtung angeordnet ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Luftfilter in einen Abstand von der UV-Strahlen-Wand eingebaut ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter aus einem feinen Netz aus Metall oder Silber besteht oder silberbeschichtet ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor aus Metall gebaut ist und als Kühlkörper oder Abwärme-Leiter für die UV-Lichtquelle oder UV-Strahlenquelle dient.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere UV-Lichtquellen oder UV-Strahlenquellen eingebaut sind.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle oder UV-Strahlenquelle, UV-Strahlen in einem UV-Bereich oder in einer Wellenlänge, die zwischen 100-400nm liegt, emittiert.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der UV-Lichtstrahlen oder der durch eine oder mehrere UV-Laserdioden emittierten UV-Laserstrahlen, 222 Nanometer beträgt.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor mit einer ringförmigen teilzylindrischen Linse, die in der Innenfläche der Reflektor-Wand mittig eingebaut ist, welche die Lichtstrahlen von der Wänden so reflektiert, dass diese den Reflektor gar nicht oder nur schwer nach den Öfteren Reflektion-Vorgängen verlassen können.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Ränder des Reflektors mit UV-Strahlen-Absorbierenden-Ringen ausgestattet sind.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Reflektors mittig um eine Umfangslinie leicht gewölbt oder gebogen ist.
Virerischutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor mit einem Heizelement, das die Reflektor-Wand erwärmt oder erhitzt ausgestattet
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Ring-Reflektor aufweist, der anstatt mit Spiegelflächen, mit einer ringförmigen Linse, die im Querschnitt wie eine optische Prisma gebaut ist oder eine andere Form hat, die für totale Reflexion der UV-Strahlen geeignet ist, bei der auf einer Seite die UV-Strahlen eindringen und diese dann aufgrund des totalen Reflexions-Effekts auf der anderen Seite wieder austreten, um innerhalb des Ring-Reflektors in die ringförmigen Linse in dem Kreissektor gegenüber einzudringen, wobei die UV-Strahlen aus der UV-Strahlenquelle und die reflektierten UV-Strahlen jeweils eine UV-Strahlenwand bilden, die auf einer planparallelen Ebene, quer zu Luft-Strömungsrichtung angeordnet und innerhalb des Reflektors in seinen Innenraum liegen.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle oder die UV-Strahlenquelle mit einem teils reflektierenden Element oder Halb-Spiegelelement, das die UV-Strahlen aus der UV-Strahlenquelle erlaubt, aber das zurückdringen der UV-Strahlen von außen in die UV-Lichtquelle durch Reflektion verhindert, ausgestattet oder bedeckt ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt oder zusätzlich zu der UV-Lichtquelle / UV-Strahlenquelle, eine Infrarot-Strahlenquelle, vorzugsweise ein Infrarot-Laserstrahler oder eine IR-Laserdiode eingebaut ist, die ihre Strahlung radial in dem Reflektor und quer zu Luftströmungsrichtung in dem Innenbereich des Reflektors abgibt.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle oder UV-Strahlenquelle oder die Infrarot-Strahlenquelle mit einer Steuerung, die sie im Impulsbetrieb versetzt, gekoppelt ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Repetitionsrate und Pulsbreite der Laserimpulse durch eine elektronische Steuerung geregelt werden oder durch einen elektronischen Regler einstellbar sind.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach Patentanspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse mit hoher Frequenz abgegeben werden.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Mikroprozessor / CPU, der die Funktionen steuert und überwacht und dazugehörigen Software, ausgestattet ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Funkschnittstelle und dazugehörigen Hardware, über die sie mit einem PC kommunizieren kann, ausgestattet ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Reflektors ein Retroreflektor ist oder Retroreflexionselemente aufweist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der Patentansprüche 2 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Leuchtdiode oder die UV-Laserdiode nicht in die Reflektor-Wand sondern in Zentrum des Reflektors oder leicht exzentrisch mit der Strahlrichtung auf die verspiegelten Innenwand des Reflektors gerichtet, eingebaut ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Fahrzeug beliebiger Art eingebaut ist und Bestandteil des Fahrzeug-Belüftungs-Systems oder der Klima-Anlage ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor anstatt ring- oder rohrförmig, in Form eines Hohlkörpers mit einem Luft-Einlass- und einem Luft-Auslass-Öffnung versehen, mit Klar-Spiegel-Innenwände ausgestattet, gebaut ist, indem mindestens eine UV-Laserstrahl-Quelle eingebaut ist oder die UV-Laserstrahl-Quelle außen eingebaut ist und durch eine Öffnung oder Lichtfenster mit einer UV-Durchlässigen-Scheibe bedeckt, ihre UV-Strahlen in das Innere des HohlKörpers strahlt.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach Patentanspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper eine Hohl-Sphäre ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, sie eine Steuerung und einen damit gekoppelten Strömungssensor, wodurch die UV-Strahlenleistung automatisch abhängig von der LuftStrömungsgeschwindigkeit geregelt wird, aufweist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelwand des Reflektors mit einer schmutzabweisenden Beschichtung, die die UV-Strahlen nicht oder nur wenig absorbiert, ausgestattet ist.
Virenschutz-Vorrichtung für eine Luftdurchströmungs- / Belüftungs-Vorrichtung oder Lüftungs-Anlage oder Klima-Anlage, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie so konzipiert ist und mit dementsprechender Halterung versehen ist, dass sie nachträglich in eine Klima-Anlage oder Belüftungs-System oder in einem Gebläse eingebaut werden kann.