DE202020004562U1

DE202020004562U1 - Luftreiniger mit Sterilisationsunterstützung

Info

Publication number: DE202020004562U1
Application number: DE202020004562.4U
Authority: DE
Original assignee: GITTEL HANS JUERGEN
Current assignee: GITTEL HANS JUERGEN
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2030-10-31

Abstract

Luftreiniger zur Filterung von Stäuben, Fasern und biologischen Partikeln aus Luft und anderen Gasen, mit mindestens einem Filterelement und mindestens einem Lüfterelement, das die Luft oder das Gas durch das Filterelement saugt, die in einem Gehäuse angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, dass das Hauptfilter auf der Reinluftseite mit UVC-Licht bestrahlt wird.

Description

57 Luftreiniger zur Filterung von Stäuben, Fasern und biologischen Partikeln aus Luft und anderen Gasen,
mit mindestens einem Filterelement und mindestens einem Lüfterelement, das die Luft oder das Gas durch das Filterelement saugt sowie einer Beleuchtung mindestens eines Filterelements mit UVC-Strahlung zur Keimreduzierung.
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Luftreiniger zur Filterung von Stäuben, Fasern und biologischen Partikeln aus Luft und anderen Gasen verbunden mit einer germiziden Bestrahlung eines Filterelements.
Stand der Technik
Luftreiniger dienen der Beseitigung von gefährlichen und lästigen Verunreinigungen der Atemluft, wie sie in Wohn- und Arbeitsräumen, Büros, öffentlichen Einrichtungen, Krankenhäusern und auf Baustellen auftreten können. Seit den siebziger Jahren können durch verbesserte Filtertechnik auch gefährliche Partikel ab 0,3 µm Durchmesser hochgradig aus der gefilterten Luft entfernt werden. In den neunziger Jahren konzentrierten sich die Entwicklungen in erster Linie auf die Luftreinigung in Wohn- und Arbeitsräumen. In den 2000-er Jahren nahmen die Bemühungen zur Vermeidung von staub- und feinstaubbedingten Berufskrankheiten zu und seit 2019 stehen Bemühungen um die Reduzierung der Virenlast in der Atemluft im Mittelpunkt des Interesses.
Zur Entfernung von Partikeln aus Luft stehen verschiedene physikalische Prinzipien zur Verfügung. Eines der am längsten genutzten davon ist das Waschen von Luft mittels Durchleitung durch einen Wasserbehälter oder Wasservorhang oder durch einen Raum mit großer Wasseroberfläche durch mechanische Vorrichtungen oder Sprühnebel. Nachteile dieser Technik sind die Kontaminierung des Wassers mit den Partikeln und die Gefahr der Kultur von Viren, Bakterien und sonstigen Keimen im Wasser sowie die Anreicherung der gereinigten Luft mit Feuchtigkeit. Zur Vermeidung biologischer Kontaminationen schlagen EP0516085B1 und DE4117645C1 vor, mit UVC-Strahler die angesaugte Luft und die in einem gläsernen Behälter unterzubringende zu versprühende Flüssigkeit zu behandeln. Die Volumenleistungen derartiger Luftreiniger sind eher gering, da hohe Luftgeschwindigkeiten zu viel Wasserpartikel mitreißen würden.
Eine andere alte Technik stellt das Erhitzen der Luft dar. Dabei werden biologische Partikel denaturiert oder verbrannt. Nachteil dieser Technik ist neben dem hohen Energieverbrauch eine Erwärmung der gereinigten Luft. DE69734335T2 beschreibt eine Vorrichtung, bei der in einer Vielzahl von parallelen vertikalen Luftdurchgängen mit Heizdrähten die Luft durch Konvektion bewegt und dabei sterilisiert wird. Auch hier ist die Luftmengenleistung relativ gering und zumindest in der warmen Jahreszeit muss die gereinigte Luft wieder gekühlt werden.
Elektro-Staubabscheider stellen ein weiteres genutztes Wirkprinzip dar. Dabei kommen zwei verschiedene Effekte zum Tragen. Zum einen wird zum Beispiel von EP94103995.0 beschrieben, dass biologische Partikel durch das entstehende Ozon zerstört werden und sich im deaktivierten Zustand an den Abscheideelektroden absetzen. Nachteilig ist, dass Ozon selbst als Gift gilt und sein Ausstoß strikt zu begrenzen und zu kontrollieren ist. In EP0852321A3 wird ein elektrostatischer Luftreiniger beschrieben, in dem eine Vielzahl von Abscheideelektroden die elektrostatisch aufgeladenen Partikel sammeln und eine germizide Beleuchtung der Elektroden verhindern soll, das sich Bakterien und andere Keime vermehren. DE202004014920U1 geht einen Schritt weiter und nutzt eine vergleichbare Technik mit UVC-Strahlung zur Abtötung von Viren und Bakterien. Das gleiche Prinzip wird in DE202004008874U1 für einen Luftreiniger für Fahrzeuge genutzt. Nachteilig an Elektro-Staubabscheidern ist, dass sie bei Partikeln unter 1.000 nm Durchmesser aufgrund der geringen Coulombkräfte kaum wirken.
Der einfachste Weg zur Deaktivierung von Viren, Bakterien und Keimen ist die direkte Bestrahlung des Luft- bzw. Gasstroms mit elektromagnetischer Strahlung. In WO02/065972A2 wird ein Verfahren zur Desinfektion von Frischluft in Beatmungsgeräten vorgestellt, bei dem die Frischluft in einem Teil des Förderweges starker elektromagnetischer Strahlung in Form von Mikrowellen, Infrarot- oder UV-Strahlung ausgesetzt wird. Für die geringe Luftmengenleistung eines Beatmungsgerätes kann eine ausreichende Strahlungsmenge erzeugt werden. Weitere Literatur befasst sich mit der Steigerung der Strahlungsmenge für die Sterilisierung größerer Luftmengen. In DE202004009106U1 wird ein Luftreiniger beschrieben, bei dem die zu sterilisierende Luft in einer Vorkammer mit einem Aktivkohlefilter gereinigt und mit Sauerstoff und Ozon angereichert und anschließend in einer Druckkammer verdichtet und mit UVC-Strahlung behandelt wird. Durch ein ULPA-Filter kann die Luft anschließend die Druckkammer verlassen, um final durch UVA-Strahlung behandelt zu werden. Ein ähnliches Prinzip nutzt DE202009015612U1 jedoch unter Verzicht auf die Druckerhöhung in der UVC-Kammer. Beide Erfindungen beruhen auf einer diskontinuierlichen Luftreinigung und erscheinen für große Luftmengen wenig geeignet. In EP3227237B1 wird eine Vorrichtung zur UV-Behandlung von Fluiden, insbesondere aber Wasser beschrieben. Durch gezielte Erzeugung eines Fluidstrudels soll ermöglicht werden, das Fluid mehrfach an der Strahlungsquelle vorbeizuführen, um die zur Sterilisierung erforderliche Strahlungsmenge bei geringerer Menge an Strahlungsquellen einzubringen. Aufgrund der stark unterschiedlichen Reynoldszahl erscheint diese Technik jedoch für Luft kaum erfolgversprechend. Für die direkte Sterilisierung eines Luftstroms werden in der Lüftungstechnik lange Kanäle mit großem Querschnitt und intensiver UVC-Beleuchtung verwendet. Durch eine geringe Strömungsgeschwindigkeit und damit lange Verweilzeit der Luft im Kanal sowie eine hohe Lichtleistung wird die notwendige Strahlungsmenge zur Deaktivierung von Viren, Bakterien und Keimen erzielt. Für eine portable Anwendung ist diese Technik aufgrund des Volumen- und Strombedarfs allerdings eher nicht geeignet.
Bekannt ist auch die Möglichkeit, Stäube, Fasern und biologischen Partikeln aus der Luft zu filtern.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, in einem kompakten und leichten Gehäuse eine hohe Luftmenge durch ein oder mehrere Filterelemente zu saugen und von Staub, Fasern und biologischen Partikeln zu reinigen sowie biologische Partikel zu deaktivieren und die gereinigte Luft wieder in den Raum abzugeben.
Diese Aufgabe wird mit einem Luftreiniger mit Sterilisationsunterstützung mit den Merkmalen von Schutzanspruch 1 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass das Filterelement fast alle Partikel aufhält, während eine Einrichtung mit UVC-Strahlung das Filterelement be- und teilweise durchleuchtet und biologische Partikel wie Viren lange genug bestrahlt, um sie zu deaktivieren.
Klassenräume in Schulen, Besprechungsräume und ähnliches haben meist eine Größe von mindestens 10 × 5 × 3 m³ und damit ein Volumen von 150 m³. Im Allgemeinen werden für solche Räume zur Lufthygiene vier bis acht Luftwechsel pro Stunde empfohlen, was ein Gesamtvolumen von 600 bis 1.200 m³/h bedeutet. Während der Heizperiode ist es unrealistisch, das mit Frischluft zu tun. Eine Luftumwälzung erfordert aber eine Filterung von Staub, Fasern und biologischen Partikeln aus der Luft, um deren Anreicherung in der Atemluft zu vermeiden. Grundsätzlich geeignet dafür sind Luftreiniger, wie sie in der Bauwirtschaft zur Entfernung gefährlicher Schwebstäube aus der Atemluft auf Baustellen genutzt werden. Diese bestehen aus einem Gehäuse, in das ein Vorfilter für Grobstaub und ein HEPA-Filter für den Feinstaub sowie ein auf der Saugseite angeordneter Ventilator eingebaut sind. Am Aufenthaltsort einer größeren Gruppe von Menschen wird die Raumluft aber auch mit biologischen Partikeln wie Aerosolen, Bakterien und Viren belastet. Die HEPA-Filter (High-Efficiency Particulate Air, Schwebstofffilter) sind auf die Erfassung von Stäuben und Aerosolen mit Partikelgrößen ab 320 nm ausgelegt. Insbesondere Viren sind mit 50 bis 150 nm jedoch deutlich kleiner. So kleine Partikel sind allerdings in Luft nicht bewegungsfähig, sodass sie typischerweise mit kleinen Flüssigkeitstropfen koagulieren und Aerosole bilden. Deren Durchmesser liegt dann im erfassbaren Bereich. Wird ein solcher Tropfen von einem Filtermedium eingefangen, ist aber damit zu rechnen, dass die Flüssigkeit durch den Luftstrom wieder verdunstet. Ob Viren dann im Filtermedium verbleiben oder es wieder verlassen können, ist noch nicht abschließend geklärt. Mit hoher Wahrscheinlichkeit werden sie aber im Filtermedium aufgehalten. Während dieser Zeit können sie deaktiviert werden. Auch zur Vermeidung einer Anreicherung biologisch aktiver Partikel im Filter und möglichen Bildung einer Kultur ist es erforderlich, die Keime im Filter zu deaktivieren. Das geschieht erfindungsgemäß durch hinter dem Hauptfilter angeordnete Strahlungsquellen mit UVC-Licht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung rein beispielhaft näher erläutert und beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Luftreinigers beispielhaft in einer räumlichen Ansicht von oben ohne die obere Gehäusewand mit UVC-Leuchtdioden, die an der Trennwand zwischen Hauptfilter und Ventilator angeordnet sind;
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Luftreinigers beispielhaft in einer Explosionsansicht;

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist schematisch eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Gehäuse 1 ist aus Blech, Kunststoff o.ä. gefertigt. Es trennt den Bereich der Filterelemente 3 (kontaminierter Bereich) vom Bereich des Lüfters und des Reinluftaustritts 2 (sauberer Bereich). An der Trennwand sind die UVC-Dioden 4 angeordnet, die die saubere Seite des Hauptfilters bestrahlen und dort Viren und ähnliches deaktivieren. Im sauberen Bereich befindet sich die Luftaustrittsöffnung. Die Rückwand in 1 besteht aus Streckmetall, sodass die gereinigte Luft diffus austritt und keine oder kaum Zugluft erzeugt. Durch geschickte Anordnung des Streckmetalls ist der Reinluftstrom überwiegend nach oben gerichtet, vermeidet damit sehr effektiv Zugluft und unterstützt die Luftumwälzung in einem Raum. 2 zeigt das gleiche Gerät in einer Explosionsansicht. Die Frontabdeckung 1 hält Vorfilter und Hauptfilter in Position und sorgt für die Abdichtung. Das Vorfilter 2 scheidet grobe Partikel (ab etwa 10 µm Durchmesser) ab und verlängert die Lebensdauer des Hauptfilters (HEPA). Das Hauptfilter 3 entfernt mindestens 99,95 % aller Partikel ab etwa 320 nm aus der Luft und hält kleinere Partikel auf. Die UVC-LEDs beleuchten die saubere Seite des HEPA-Filters und deaktivieren Viren und Bakterien bevor sie aus dem Filter austreten können. Das Gehäuse 5 hält alle Bauteile in Position. Der Ventilator 6 erzeugt den Unterdruck, mit dem die Raumluft an- und durch die Filter gesaugt wird. Die Rückwand 7 schützt den Anwender vor Berührung mit dem Ventilator und elektrischen Schlägen und sorgt gleichzeitig für einen diffusen Austritt der gereinigten Luft um Zugluft zu vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0516085 B1 [0004]
DE 4117645 C1 [0004]
DE 69734335 T2 [0005]
EP 94103995 [0006]
EP 0852321 A3 [0006]
DE 202004014920 U1 [0006]
DE 202004008874 U1 [0006]
WO 02/065972 A2 [0007]
DE 202004009106 U1 [0007]
DE 202009015612 U1 [0007]
EP 3227237 B1 [0007]

Claims

Luftreiniger zur Filterung von Stäuben, Fasern und biologischen Partikeln aus Luft und anderen Gasen, mit mindestens einem Filterelement und mindestens einem Lüfterelement, das die Luft oder das Gas durch das Filterelement saugt, die in einem Gehäuse angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, dass das Hauptfilter auf der Reinluftseite mit UVC-Licht bestrahlt wird.
Luftreiniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle aus UVC-Leuchtdioden besteht.
Luftreiniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftumwälzleistung mindestens 300 m³/h beträgt.