AT17451U1 - Nanofiltrationsgerät zur Deaktivierung von Krankheitserregern mit hoher Konzentration in der Luft - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird eine Nano-Filtrationseinrichtung zur Deaktivierung hoch konzentrierter Pathogene in der Luft (1) basierend auf der Luftfiltration mithilfe eines Systems mit rotierendem Filter (3) bestehend aus Bögen nanofibrillierter Zellulose und germiziden Strahlern (9, 10, 11 und 12), die im Bereich der UV-C Strahlung arbeiten. Die Einrichtung ist in der Lage Pathogene aufzufangen und zu deaktivieren, die sich in mikroskopischen Wassertröpfchen und Staubpartikeln im Luftstrom befinden, wobei diese zusammen eine heterogene Mischung mit einer Partikelgröße von 10 nm bis 100 μm bilden also Bioaerosol. Die erzwungene Luftströmung treibt das Bioaerosol in die Eintrittsöffnungen der Einrichtung (1). Nanofibrillierte Zellulose wird in der Einrichtung im Filtrationsmaterial verwendet. Nach dem Auffangen des virus- und bakterienhaltigen Bioaerosols werden die Viren deaktiviert und es kommt auch zu einer bakteriziden Wirkung des Filtrationsmaterials. Die wirksame UV-C-Strahlung auf die Oberfläche des Filtrationsmaterials und das rotierende Filtermaterial intensivieren diese Effekte noch zusätzlich, was einen Vorteil des Gebrauchsmusters gegenüber der von uns eingereichten Patentanmeldung darstellt.

Description

Beschreibung

NANO-FILTRATIONSEINRICHTUNG ZUR DEAKTIVIERUNG VON HOCH KONZENTRIERTEN PATHOGENEN IN DER LUFT

TECHNIK-BEREICH

[0001] Die technische Lösung betrifft der Einrichtung zur Deaktivierung hoch konzentrierter Pathogene in der Luft basierend auf Luftfiltration mithilfe eines rotierenden Systems von gefalteten Bögen aus nanofibrillierter Zellulose und aus germiziden Strahlern, die Strahlung im UV-C-Bereich des elektromagnetischen Spektrums abgeben. Genutzt werden kann die vorgelegte Einrichtung zur Deaktivierung von Pathogenen in der Luft in der Chemie- und Pharmaindustrie, in medizinischen Industriesparten und der Biotechnologie, Mikrobiologie und Aeromikrobiologie.

BISHERIGER STAND DER TECHNIK

[0002] Bislang verwendete germizide Geräte, die überwiegend für die medizinische Industrie gefertigt werden, die normalerweise in Industriehallen zur Anwendung kommen und die ebenfalls vor allem in Krankenhausgebäuden und medizinischen Gebäuden üblich sind, in denen medizinische Versorgung geleistet wird, bzw. an Orten mit hoher Konzentration von Pathogenen mit einem bedeutenden Ansteckungsrisiko mit den entsprechenden schädlichen Pathogenen in der Luft — sind aus Sicht der Deaktivierung von Pathogenen in der Luft wenig wirksam. Dabei verfügen die inneren Teile dieser Einrichtungen über keine wirksame aktivierte Oberfläche, auf welcher eine Deaktivierung des Pathogens erfolgen würde. Pathogenne Partikel, bzw. pathogene Mikroorganismen enthaltende Bioaerosole befinden sich in der Umgebungsluft entweder eigenständig oder auf einem geeigneten Träger in Form von Staubpartikeln oder Tröpfchen, die eine sog. Tröpfcheninfektion hervorrufen (S. Bohäßek (SK) et al.: PP 50040-2020, unveröffentlichte Patenanmeldung). In die Luft gelangen pathogene Mikroorganismen durch Wasserdispersion vom Ort ihres Wachstums oder von kolonisierten Oberflächen aus. Pathogene Partikel führen bei geeigneten äußeren Bedingungen zu einer Ausbreitung von Viren, wie z.B. Schnupfen, Grippen, einschl. der Schweine- bzw. Vogelgrippe usw. und Bakterien, wie z.B. Tuberkulose — im in der Luft enthaltenen Aerosol, das kontaminierte Schleim- und Speicheltröpfchen enthält.

[0003] Zur Desinfizierung und Sterilisierung des Luft, also zur Deaktivierung der obigen pathogenen Mikroorganismen werden verschiede auf Ozon basierende Einrichtungen verwendet (J. Arlemark (SE): WO 2013/110782 A1). Bekannt sind auch Einrichtungen, die UV-A-Licht mit Wellenlängen von 400 nm bis 315 nm nutzen, die zur Desinfizierung und Deodorierung der Luft verwendet werden (S. J. Palackal (IN) und Koll.: WO 2019/073474 A1), und auch Einrichtungen, die Licht der UV-C-Gruppe mit Wellenlängen von 280 nm bis 100 nm nutzen (J. L. Deal (US): EP 2 174 670 B1). In der industriellen Praxis sind mehrere Einrichtungen und technische Lösungen zur Luftreinigung (J. Knut (SK): SK 3359 U) oder Absaugung von verunreinigter Luft bekannt (F. Lehnhäuser (DE): SK 286530 B6), doch in diesen wird die Kombination des physikalich-chemischen und mechanischen Auffangens von Bioaerosolen mit wirksamer Deaktivierung von Pathogenen nicht optimal genutzt, bzw. ist deren Anwendung geeignet für industrielle Großraumhallen, wo die Konzentration von Pathogenen niedrig oder geringfügig ist (D. Hadyna (CZ): SK 7860 Y1), weshalb diese auch nicht geeignet sind für den Einsatz in Krankenhausgebäuden und anderen medizinischen Gebäuden, in denen eine medizinische Versorgung erfolgt. Einige Einrichtungen zur Luftfiltration enthalten Filtrationselemente basierend auf Kohlenstoff (S. A. Keller (US) und Koll.: SK 1852-2000 A3), Papier, Gewebe oder Faserstoffe (H. Prahl (DE) und G. Petz (DE): SK 317-2003 A3), wobei einige davon zu anderen Zwecken als zur Deaktivierung von Pathogenen dienen (G. Negre (FR) und C. Negre (FR): SK 1838-2000 A3), bzw. zur Luftreinigung molekulare Siebe mit niedrigerer biozider Kapazität nutzen, welche jedoch aufgrund ihrer Hygroskopie zum entfernen überschüssiger Feuchtigkeit verwendet werden (J. Jirsa (CZ): SK 278193 B6). Beschrieben wurde auch die Luftreinigung durch lonisierung mittels einer oder mehrerer lonisierungselektroden (V. Ilmasti (Fl): SK 280368 B6) und die Einrichtung zum Entfernen von Aerosolen aus der Luft (S. Kielbowicz (CH): SK 279962 B6), die vor allem in industriellen Rohrreinigungs-

systemen genutzt werden können.

PRINZIP DER TECHNISCHEN LÖSUNG

[0004] Die angeführten Nachteile, bzw. sogar die Unbrauchbarkeit verfügbarer Lösungen an Orten mit hoher Konzentration viraler und bakterieller Pathogenen in der Luft — werden zum überwiegenden Teil eliminiert durch von der Nano-Filtrationseinrichtung zur Deaktivierung hoch konzentrierter Pathogene in der Luft. Diese Einrichtung vereinigt in sich ein rotierendes System von gefalteten Bögen bestehend aus nanofibrillierter Zellulose und germiziden Strahlern, die Strahlung im Bereich des elektromagnetischen UV-C-Spektrums abgeben. Das Gebilde, welches aus gefalteten Bögen auf der Basis von nanofibrillierter Zellulose gefertigt wurde und um dessen Längsachse mit einer optimalen Winkelgeschwindigkeit von 514,5 rad.s” rotiert, stellt eine mechanische und physikalisch-chemische Barriere für die pathogenhaltigen Mikropartikel dar, wobei germizide Strahler, welche Strahlung im UV-C-Bereich emittieren, zu einer wirksamen Deaktivierung, bzw. zum Abtöten schädlicher Pathogene bei der jeweiligen Drehgeschwindigkeit des angeführten Gebildes führen. Die Drehung bei solchen Bedingungen sorgt für eine gleichmäßige Wirkung der Strahlung im UV-C-Bereich, die auf infinitezimal kleine Flächen eines jeden Bogens trifft, der auf nanofibrillierter Zellulose basiert.

[0005] Der Vorteil einer Nano-Filtrationseinrichtung zur Deaktivierung von hoch konzentrierten Pathogenen in der Luft aufgrund der vorgelegten technischen Lösung ist der Umstand, dass sie die Deaktivierung von viralen und bakteriellen Pathogenen in Räumen ermöglicht, in denen sich infizierte Person, deren Bekleidung und eventuell auch von diesen übertragene Gegenstände befinden. Erfüllt werden hier gleichzeitig Voraussetzungen zur Vermeidung einer direkten Wirkung der gesundheitsschädlichen UV- C-Strahlung auf Personen, da sich die (germiziden Strahler im Inneren der Einrichtung befinden und somit die Möglichkeit einer Gesundheitsschädigung eliminiert wird.

ÜBERSICHT DER ABBILDUNGEN AUF DEN ZEICHNUNGEN

[0006] Erklärt wird die technische Lösung mithilfe von Zeichnungen, auf welchen die Abb. 1 die perspektivische Sicht der Nano-Filtrationseinrichtung zur Deaktivierung von hoch konzentrierten Pathogenen in der Luft als Seitenansicht darstellt — in der Ausfertigung mit Filter aus gefalteten Bögen, welche aus nanofibrillierter Zellulose gefertigt sind; dargestellt wird hier ferner auch die Luftströmung durch den zuvor genannten Filter, der sich im Inneren der Einrichtung befindet; die Drehrichtung dieses Filters um dessen Längsachse, die durch den Schwerpunkt des Filters verläuft; die germiziden Strahler, die sich in den Ecken der Einrichtung befinden und UV-C-Strahlung emittieren und die Abb. 2 die perspektivische Sicht der eigentlichen Filter darstellt, bestehend aus gefalteten Bögen, die aus nanofibrillierter Zellulose gefertigt sind und die Luftströmung am Austritt vom Filter und die Drehrichtung des genannten Filters.

UMSETZUNGSBEISPIELE

[0007] Die Nano-Filtrationseinrichtung zur Deaktivierung hoch konzentrierter Pathogene in der Luft 1 hat ein Außengehäuse 2 bestehend aus nicht rostendem Material und/oder einem Verbundwerkstoff. Das Außengehäuse 2 mit quadratischem Untersatz (Grundfläche) hat eine Größe von 0,65 m im ersten Maß, 1,15 m im zweiten Maß und 1,15 m im dritten Maß. In der Mitte der Einrichtung 1 besteht der Filter 3 aus gefalteten Bögen, gefertigt aus nanofibrillierter Zellulose mit einer Porengröße von 5,0 nm bis 20 nm, mit einer spezifischen Porenoberfläche von 20 m*.g“ bis 71 m?.g* und einem spezifischen Porenvolumen von 0,10 cm®.g bis 0,35 cm®.g“. Der Filter 3 dient zur sekundären Luftdesinfizierung. Die Porenoberfläche des Filters 3 verfügt über die Fähigkeit Mikropartikel zu absorbieren, welche schädliche bzw. teildeaktivierte Pathogene enthalten. Die Bögen sind strahlenförmig entsprechend der Abb. 2 gefaltet, wobei dieses Gebilde mit optimaler Geschwindigkeit um seine Längsachse rotiert, welche durch den Schwerpunkt des Filters 3 verläuft. Die Menge der Mikropartikel, welche schädliche Pathogene enthalten, die in den Fasern aus nanofibrillierter Zellulose adsorbiert sind, hängt auch von der relativen Feuchte ab, die vom Partialdruck des Wasserdampfs in der Luft beeinflusst wird und die mit dem Absinken

des Partialdrucks des Wasserdampfs in der gesättigten Luft bei gleicher Temperatur steigt. Die relative Feuchte hängt dabei vom Wasserdampfgehalt im Luftstrom ab (A. PaZitny (SK) und Koll.: SK 50043-2016 A3). Hineingetrieben wird die Luft über längliche Öffnungen in den Seitenwänden der Einrichtung 1 mithilfe eines Lüfters 4, der im unteren Teil der Einrichtung 1 so angebracht ist, damit die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in de Spanne von 0,50 m.s” bis 5,9 m.s“ liegt. Die Temperatur des Luftstroms kann sich zwischen 11,3 °C und 26,4 °C bewegen und die relative Luftfeuchte in der Spanne von 35 % bis 99 %. Desinfiziert werden schädliche Pathogene enthaltende Mikropartikel zum überwiegenden Teil während des Durchflugs mit erzwungener Luftströmung, welche in den oberen Teil des Filters 3 führt, in unmittelbarer Umgebung der inneren Röhren 5, 6, 7 und 8 aus Quarzglas mit einer Stärke von 4 mm durch die Wirkung von UV-Strahlung des elektromagnetischen Spektrum im Bereich von 280 nm bis 100 nm von den germiziden Strahlern 9, 10, 11 und 12, die sich in den Röhren 5, 6, 7 und 8 befinden. Die germiziden Strahler in Form eines Zylinders, die parallel zur Richtung der Luftströmung im Filter 3 verlaufen, die in den Röhren 5, 6, 7 und 8 angebracht sind, emittieren Strahlungsdosen von 400 uW bis 450000 uW mit Expositionswerten von 4 Sekunden bis 7200 Sekunden. Die in den Bioaerosolen enthaltenen viralen und bakteriellen Pathogene werden also durch UV-Strahlung zum überwiegenden Teil durch die germiziden Strahler 9, 10, 11 und 12 deaktiviert. Die Luft, die vom oberen Teil des Filters 3 durch dessen Mitte in den unteren Teil des Filters 3 geleitet wird und durch das Innere der Basis 13 mit einer äußeren Höhe von 0,10 m in die Röhren 5, 6, 7 und 8 strömt, wo der Prozess der Deaktivierung hoch konzentrierter Pathogene in der Luft abgeschlossen wird und die desinfizierte Luft mit inaktiven Viruspartikeln und eliminierten bakteriellen Pathogenen wird in die vier äußeren Röhren 14, 15, 16 und 17 geleitet, die außerhalb der Einrichtung 1 in der Sammelrohrleitung 18 platziert sind. Die Rohrleitung 18 führt anschließend die so aufbereitete Luft in den Raum mit Gehalt an hoch konzentrierten Pathogenen in der Luft. Die maximal erreichbare Wirksamkeit der Deaktivierung von Pathogenen für die jeweiligen Einstellungen der Luftströmung beträgt 99 %, wodurch der Anteil der Pathogene in der Luft im Raum unter das Niveau von 1% reduziert wird. Die Einrichtung kann in all jenen Fällen genutzt werden, bei denen es zu einer Häufung biologischer Aerosole kommt, die Viren, Sporen mikroskopischer Pilze, Schimmel, Schimmelsporen, Bakterien und Algen enthalten, welche für den Menschen schädlich sein können. Es handelt sich dabei insbesondere um die Verwendung in Gebäuden medizinischer Einrichtungen und von Haushalten, bzw. auch in anderen Gebäuden, wo die Auflage einer Luftdesinfizierung besteht.

[0008] Unterstützt wurde diese Arbeit von der Agentur zur Förderung von Forschung und Entwicklung (Slowakisch: Agentüra na podporu vyskumu a vyvoja) aufgrund des Vertrags Nr. PPCOVID-20-0103.

INDUSTRIELLE EINSATZMÖGLICHKEITEN

[0009] Die Nano-Filtrationseinrichtung zur Deaktivierung hoch konzentrierter Pathogene in der Luft ist für Räume vorgesehen, wo es zu einer Häufung biologischer Aerosole kommt, die Viren, Sporen mikroskopischer Pilze, Schimmel, Schimmelsporen, Bakterien und Algen enthalten, welche für den Menschen schädlich sein können. Es handelt sich insbesondere um die Verwendung in Gebäuden medizinischer Einrichtungen und von Haushalten, bzw. auch in anderen Gebäuden, wo die Auflage einer Luftdesinfizierung besteht und es nötig ist für eine sterile Umgebung zu sorgen. Eingesetzt werden kann diese Einrichtung auch an Arbeitsplätzen in der Chemie- und Pharmaindustrie, in medizinischen Industriesparten und der Biotechnologie, Mikrobiologie und Aeromikrobiologie. Durch die Anwendung der obigen technischen Lösung kann bei optimalen Einstellungen der Luftströmung in der Einrichtung eine Deaktivierungswirksamkeit der zuvor genannten Pathogene von 99 % erreicht werden.

Claims (1)

Anspruch

1. Nano-Filtrationseinrichtung zur Deaktivierung hoch konzentrierter Pathogene in der Luft (1) mit quadratischem Grundriss, verbunden im oberen Teil der Einrichtung mit dem Raum mittels der Sammelrohrleitung (18), die an die Röhren (14, 15, 16 und 17) angeschlossen ist, welche sich außerhalb der Einrichtung befinden und an die inneren Röhren (5, 6, 7 und 8) aus Quarzglas angeschlossen sind, die in den Innenraum der Einrichtung in dessen Ecken platziert sind, in welchen germizide Strahler (9, 10, 11 und 12) in Form eines Zylinders parallel mit der Richtung der Luftströmung im Filter (3) angebracht sind, die Strahlungsdosen von 400 WW bis 450000 WW mit Expositionswerten von 4 Sekunden bis 7200 Sekunden emittieren — die dadurch gekennzeichnet ist, dass diese im mittleren Teil einen Filter (3) aus strahlförmig zusammengefalteten Bögen enthält, welche aus desinfizierend wirkender nanofibrilierter Zellulose mit Gehalt von Restwasser mit Metall-Ionen zur sekundären Luftdesinfektion gefertigt sind, der um seine Längsachse rotiert, welche die durch den Schwerpunkt des Filters führt, wobei die primäre Luftdesinfektion hier durch die Wirkung der eigentlichen UV-C Strahlung erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen