DE10139794A1

DE10139794A1 - Neutralisierung und Bindung luftgetragener saurer Luftinhaltsstoffe und anorganischer Oxide in mit Ozonisierung arbeitende Luftaufbereitungsgeräte

Info

Publication number: DE10139794A1
Application number: DE2001139794
Authority: DE
Inventors: Hanns Rump; Olaf Kiesewetter
Original assignee: T E M TECHNOLOGISCHE ENTWICKLU
Current assignee: T E M TECHNOLOGISCHE ENTWICKLU
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Luft, insbesondere solche in Innenräumen, enthält unerwünschte Luftinhaltstoffe wie Bakterien, Grüche, Partikel. DOLLAR A Luftaufbereitungsanlagen filtern Partikel aus der Luft heraus und vernichten mit Hilfe von Ozonisierungsanlagen auf dem Wege der Oxidation luftgetragene, oxidierbare Substanzen und Bakterien und Keime. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, in einer zusätzlichen Stufe des Luftaufbereitungsgerätes die in der Luft enthaltenen organischen und anorganischen Oxide und chemisch saure Substanzen chemisch zu neutralisieren und zu binden.

Description

Es besteht der Wunsch, mit Luftaufbereitungsanlagen für Räume, Gebäuden, Fahrzeugen, Klimageräten und Kraftfahrzeugen als auch in kompakten Luftaufbereitungs- und Luftkonditionierungsanlagen die Luft nicht nur von Stäuben und Partikeln zu befreien, sondern auch von Gerüchen und vor allem von krankmachenden Keimen zu befreien.
Übliche Filtermedien oder die (im Betrieb feuchte) Oberfläche des Verdampfers in Fahrzeugen mit Klimaanlagen sind ein Nährboden für Keime und Pilze aller Art. Die vom Luftstrom abgerissenen und in die Kabine bzw. Räume getragenen Bakterien, Pilze und Keime sowie die Stoffwechselprodukte der Bakterien, Pilze und Keime sondern einen üblen Geruch ab und sind gesundheitlich äußerst bedenklich.
Im übrigen werden über klassische Filteranlagen weder Gase noch Dämpfe abgeschieden. Gerüche werden insofern durch die bekannten Partikelfilter nicht abgebaut.
In den aufgeführten Patentanmeldungen
P 195 43 296.7; P 196 46 269.1; P 196 51 403.7; P 199 02 304.2; P 199 19 623.0; P 199 31 366.0; P 199 33 180.4; P 100 14 485.3; P 100 13 841.1; P 100 04 326.7; P 100 58 476.4; PCT/DE 00/02164; PCT/EP 01/00672; P 101 03 905.0; P 101 18 078.0
sind verschiedene Methoden vorgeschlagen worden, um diesen Problemen unter Einsatz von Ionisations- und Ozonisierungsapparaten abzuhelfen.
In der Patentanmeldung P 199 31 366.0 ist z. B. eine flache Baugruppe mit planarem Aufbau vorgeschlagen worden, die vorteilhaft und langzeitstabil Ozon und Sauerstoffionen nach dem physikalischen Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung nach Anlegen einer elektrischen Hochfrequenz-Hochspannung erzeugt.
In der Patentanmeldung P 100 13 841.1 ist z. B. ein Verfahren angegeben, die Ozon und Ionenproduktion mit Hilfe einer elektrischen Regelschaltung konstant zu halten.
Weil die Ozon- und Ionenproduktion verschiedensten Einflüssen unterliegt und auch weil bei Langzeitbetrieb sich die elektrischen und mechanischen Werte der zur Ozon- und Ionenproduktion eingesetzten Baugruppen verändern.
Das wirkt sich vorteilhaft auf die Ozon- und Ionenproduktion auf, so daß ohne Einsatz dieser Erfindung keine konstanten Bedingungen erreicht werden, was bei der bekannten Toxizität von Ozon bedenklich ist.
Aus der Patentanmeldung P 100 58 476.4 ist bekannt, die Produktionsmenge von Ozon- und Sauerstoffionen als Funktion der Luftmenge zu begreifen und mit Signalen des die Ventilatoren steuernden zentralen Lüftungssteuergerät so auf den Ozon- und Ionenerzeuger einzuwirken, daß auch bei unterschiedlichen Luftmengen eine konstante Konzentration an Ozon und Ionen entsteht. Dies ist die Voraussetzung für eine kontrollierte und sichere Funktion der Geräte, weil bei zu geringer Konzentration keine wesentliche Wirkung mehr besteht und weil bei zu hoher Ozonkonzentration negative Effekte auf das beteiligte Material erfolgen, ohne daß die lufttechnische Wirkung größer wird.
In der Patentanmeldung P 196 51 403.7 ist vorgeschlagen worden, einen Ozon- und Ionenerzeuger in Strömungsrichtung vor dem Verdampfer in Klimaanlagen von z. B. Kraftfahrzeugen, Gebäuden oder kompakten Klimatisierungsanlagen eine Ozon- und Ionenquelle anzuordnen und den feuchten Verdampfer mit Ozon- und Luftionen zu umströmen.
Vor allem Ozon löst sich in dem auf auf jeder Oberfläche vorhandenen Wassers und bildet Hydroradikale, die extrem bakterizid und fungizid wirken und erprobt und sicher jegliche biologische Aktivität unterbinden und auch in Reaktion mit oxidierbaren Substanzen diese chemisch aufoxidieren und insofern der Luft zu entziehen.
Ergänzend wurde in Patentanmeldung P 199 33 180.4 vorgeschlagen, die Ozon- und Ionenquelle vor einem Luftfilter anzuordnen. Dieser Luftfilter ist etwa mit Aktivkohle so ausgerüstet, daß überschüssigen Ozon katalytisch abgebaut werden kann.
In der bevorzugten Lösung wird ein modifiziertes A-Kohle-Filter eingesetzt, auf dessen Oberfläche sowohl Ozon als auch oxidierbare Gase oder Dämpfe als auch Bakterien adsorbieren. Die sich an den Oberflächen ergebenen hohen Konzentrationen ermöglichen eine chemische, oxidative Reaktion zwischen Ozon und den genannten oxidierbaren, luftgetragenen Substanzen.
In den vorgenannten Patentanmeldungen wird die Wirkung gegenüber Bakterien und Gerüchen vor allem auf die oxidative chemische Wirkung des dreiatomigen und einatomigen Ozon abgestellt. Die Ozonkonzentration in der ausgeblasenen Luft auf einen von der amerikanischen Umweltbehörte (US-EPA/Environment Protection Agency) und der DIN/EN-Norm EN 60335-2-65; (1995) ist zwingend geforderten Wert sicher so zu begrenzen, daß niemals in den so belüfteten Räumen ein Ozon-Pegel von mehr als 50 ppb entstehen kann.
Obwohl die Wirkung vorgenannter Anordnungen zur Luftaufbereitung sehr gut unangenehme Gerüche abbauen und eine ausgezeichnete bakterizide Wirkung gegenüber luftgetragenen Keimen haben, wird beobachtet, dass vor allem in kleinen Räumen die Luft trotz Luftaufbereitungsgerät nicht geruchlos ist, sondern einen schwer zu beschreibenden Geruch annimmt, der mit Begriffen wie "Schwimmbad", "Synthetisch", "irgendwie chemisch. . ." belegt wird.
Die Ursache ist, dass einige für diesen Geruch verantwortliche Substanzen bereits Oxide sind, welche sich durch die oxidierende Wirkung vorgenannter Verfahren nicht weiter abbauen lassen und überdies in gewissem Umfang filtergängig sind, also nicht in der Aktivkohle absorbieren. Es handelt sich überwiegend um anorganische Oxide und um saure Substanzen, wie z. B. Stickoxide, Schwefeloxide, Phosphoroxide, Selenoxide, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, sowie um Essigsäuren, Fettsäuren und deren in der Regel stark riechenden Oxidationsprodukte.
Bei hohen Luftwechselzahlen kommt es bei mehreren Durchgängen durch das Gerät zu einer Anreicherung dieser Substanzen, bis in den riechbaren Bereich hinein.
Zu Lösung des Problems schlägt die hier vorgelegte Erfindung vor, neben den bisher bekannten, in Fig. 1 dargestellten Aufbereitungsstufen

1. 1.1. Vorfilter zum Auffangen von Stäuben und Partikeln
2. 1.2. Gebläse
3. 1.3. Ozon-Quelle mit elektronischer Regelung
4. 1.4. Sorptions-Katalysator (Aktiv-Kohle)

Da es sich bei den aus der Luft zu entfernenden Stoffen um Oxide oder um chemisch saure Substanzen handelt, bietet es sich an, schwach alkalische Substanzen oder Carbonate als Reaktionspartner anzubieten.
Bei Carbonaten wird zum Beispiel leicht die CO_x-Gruppe gegen z. B. eine im Gas enthaltende SO_x- oder NO_x-Gruppe oder andere chemisch saure Substanzen ausgetauscht. Beispiel

Reaktionsgleichungen am Beispiel Natriumcarbonat (Na₂CO₃)

Stickstoffdioxid:
3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO
Na₂CO₃ + 2HNO₃ → 2NaNO₃ + CO₂ + H₂O
Schwefeldioxid:
SO₂ + H₂O → H₂SO₃
Na₂CO₃ + H₂SO₃ → Na₂SO₃ + CO₂ +H₂O
Essigsäure:
Na₂CO₃ + 2CH₃COOH → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂
Milchsäure:
Na₂O₃ + 2CH₃CHOHCOOH → 2CH₃CHOHCOONa + H₂O + CO₂
Blausäure:
Na₂CO₃ + 2HCN → 2NaCN + H₂O + CO₂
NaCN + H⁺ → HCN↑ + Na⁺
Ammoniak:
NH₃ + H₂O → NH₄OH
Na₂CO₃ + NH₄OH → (NH₄)₂CO₃ + NaOH
Reaktionsprodukte in Ionenschreibweise: 2NH₄ ⁺ + CO₃ ^2- + Na⁺ OH^-
Erfindungsgemäß wird in den zu reinigenden Luftstrom beispielsweise ein Fließstoff-Filter oder ein ähnliches Medium eingebracht, welches mit in Wasser gelösten Carbonaten getränkt wird. Nach Trocknung sind auf der Oberfläche des Flies auf sehr großer Fläche diese Carbonate der zu reinigen Luft ausgesetzt.
Beim Durchströmen binden sich die luftgetragenen Oxide und sauren Substanzen an die Carbonate und tauschen die CO_x-Gruppe aus, wie in vorstehenden Beispielen gezeigt.
Es bietet sich an, eine oder eine Mischung aus folgenden, beispielhaft genannten Substanzen oder chemisch verwandte Substanzen zur Anwendung zu bringen:

- Natriumhydrogencarbonat - Na₂HCO₃
- Natriumcarbonat Na₂CO₃
- Soda Na₂CO₃
- Calciumcarbonat CaCO₃
- Magnesiumhydroxidcarbonat bas. Magnesiumcarbonat MgCO₃
- Calciumcarbonat CaCO₃
- Calciumhydroxid Ca(OH)₂
- Kaliumhydrogencarbonat KHCO₃
- Kaliumhydroxid KOH
- Kaliumcarbonat (Pottasche) K₂CO₃

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, der Mischung eine stark hygroskopische Substanz, wie etwa Pottasche oder Calciumchlorid CaCl₂ hinzuzufügen. Dies, weil zahlreiche Reaktionen der Anwesenheit von Wasser bedürfen, welches unter Zuhilfenahme eines Wasser absorbierenden Substanz wie etwa Calciumchlorid CaCl₂ leicht aus der Luftfeuchte heraus gewonnen werden kann.
Die unangenehm riechenden Substanzen wie etwa NO_x oder SO₂ oder H₂S liegen in Innenräumen in sehr kleinen Konzentrationen von wenigen µg/m³ vor und treten erst nach Anreicherung durch zahlreiche Umluft-Zyklen durch das Luftaufbereitungsgerät störend in Erscheinung.
Erfolgt die chemische Umsetzung etwa im Gewichtsverhältnis 1 : 1 läßt sich etwa mit 10 g Nartiumcarbonat als Sorptionschemikalie 1.000.000 m³ Luft behandeln, welche 10 µg NO₂ je m³ enthält.
Wird eine Fördermenge von permanent ca. 50 m³/h angenommen, ist die Standzeit der Sorptionseinrichtung ca. 20.000 h, also mehr als 2 S Jahre Dauerbetrieb.
Entsprechend Fig. 2 kann die Chemiesorptionsstufe als letzte Stufe im Ausblas des Luftaufbereitungsgerätes angeordnet werden.
Dann ist 1 Partikelfilter
2 Gebläse
3 Ozonisator mit Ansteuerelektronik
4 Sorptionskatalysator
5 Chemiesorptionsstufe
Alternativ kann die Chemiesorptionsstufe im Eingang des Luftaufbereitungsgerätes angeordnet sein, weil die luftgetragenen Oxide oder Sauergase auch bei dieser Anordnung aus der Raumluft herausgenommen werden.
In einer Variante kann der eingangsseitig angeordnete Partikelfilter zusätzlich mit der Chemiesorptionsschicht ausgerüstet sein, indem z. B. der Partikelfilter in einer Lösung vorgenannter Substanzen getränkt und anschließend getrocknet wird.
Alternativ kann der Partikelfilter angefeuchtet werden und die vorgenannten Substanzen werden durch Bepulvern auf den Partikelfilter aufgebracht.
In einer weiteren Variante kann der ausgangsseitig angeordnete, meist Aktivkohle enthaltende Sorptionskatalysator zusätzlich mit einer Chemiesorptionsschicht ausgerüstet sein.
Die Erfindung wird vorteilhaft in Anlagen zur Luftaufbereitung eingesetzt, in welchen neben Partikeln auch Keime und geruchstragende Substanzen hocheffektiv zurückgehalten werden sollen und die sich aus diesem Grunde der Ozonisierungsmethode bedienen.
Dies, weil die gegenüber oxidierbaren Substanzen hocheffektive Ozonisierungsmethode gegenüber Substanzen nicht einsetzbar ist, welche sich als Oxide darstellen bzw. nicht weiter oxidiert werden können und sich aus diesem Grunde bei mehrfachem Durchlauf durch die Anlage zu riechbaren Konzentrationen anreichern.
Neben den benannten Substanzen in der Chemiesorptionsstufe können weitere, alkalisch wirkende und saure Gase oder Dämpfe puffernde oder neutralisierende Substanzen allein oder in Mischungen eingesetzt werden.
Neben den benannten hygroskopisch wirkenden Substanzen können andere, aber hygroskopisch wirkende Substanzen in Mischung mit saure Gase oder Dämpfe puffernden oder neutralisierenden Substanzen eingesetzt werden.
Gemeinsam ist allen Anwendungen, dass eine Chemiesorptionsstufe in solchen Geräten zur Luftaufbereitung eingesetzt wird, welche über eine Ozonisierungseinrichtung zur Vernichtung oxidierbarer Luftbestandsteile verfügen.

Claims

1. Apparat und Verfahren zur Aufbereitung von Luft, insbesondere solcher für Atemluft in Räumen, Gebäuden oder Fahrzeugen, wobei das Luftaufbereitungsgerät über ein Gebläse zum Lufttransport, über einen Partikelfilter, über eine elektrisch betriebene Ozon- und Ionenquelle und einen diesem in Strömungsrichtung nachgeschaltetem Katalysator zur Vernichtung überschüssigen Ozons verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftstrom des Luftaufbereitungsgerätes eine Stufe angeordnet ist, welche eine oder mehrere chemische Substanzen trägt, welche mit in der Luft enthaltenen sauren organischen und anorganischen Bestandteilen und mit in der Luft enthaltenen luftgetragenen anorganischen Oxiden chemisch reagieren und diese dadurch neutralisieren und dauerhaft binden.

2. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der chemischen Substanzen hygroskopisch ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Neutralisation saurer Gase und/oder anorganischer Oxide eingesetzten Substanzen auf die Oberfläche eines filterähnlichen und im Luftstrom befindlichen Trägermaterials aufgebracht sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Neutralisation saurer Gase und/oder anorganischer Oxide eingesetzten Substanzen auf die Oberfläche des im Luftaufbereitungsgerätes vorhandenen Partikelfilters und/oder des zur Ozonvernichtung eingesetzten Katalysators aufgebracht sind.

5. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die neutralisierend wirkende Beschichtung eine oder als Mischung von mindestens zwei dieser oder chemisch ähnlich wirkender Substanzen enthält:
Natriumhydrogencarbonat Na₂HCO₃
Natriumcarbonat Na₂CO₃
Soda Na₂CO₃
Calciumcarbonat CaCO₃
Magnesiumhydroxidcarbonat bas. Magnesiumcarbonat MgCO₃
Calciumcarbonat CaCO₃
Calciumhydroxid Ca(OH)₂
Kaliumhydrogencarbonat KHCO₃
Kaliumhydroxid KOH Kaliumcarbonat (Pottasche) K₂CO₃

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die neutralisierend wirkende Beschichtung mindestens eine hygroskopische Substanz enthält, wie etwa Calciumchlorid CaCl₂.