DE102011085790B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Desinfektion einer Klimaanlage - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (1) zur Desinfektion einer Klimaanlage (KA), dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Luftführungskanal (LK) der Klimaanlage (KA) zumindest ein pyroelektrisch aktives Material (2) angeordnet ist, welches mit zumindest einer Wärmequelle (5) und/oder Kältequelle (6) thermisch gekoppelt ist, wobei das zumindest eine pyroelektrisch aktive Material (2) derart im Luftführungskanal (LK) angeordnet ist, dass es in einem den Luftführungskanal (LK) durchströmenden Luftstrom (L) der Klimaanlage (KA) angeordnet ist, und wobei durch eine thermische Aktivierung des zumindest einen pyroelektrisch aktiven Materials (2) zumindest eine reaktive oxidative Substanz (ROS) erzeugbar und in den Luftstrom (L) der Klimaanlage (KA) abgebbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Desinfektion einer Klimaanlage nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Desinfektion einer Klimaanlage nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.
• Allgemein besteht die Funktion einer Klimaanlage darin, in einer bestimmten Umgebung, wie in geschlossenen Räumen oder in Fahrzeugen, ein zeitlich und räumlich gleichmäßiges Klima sicherzustellen. Damit wird eine gewünschte Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftqualität erzeugt und aufrechterhalten. Ein für den Menschen angenehmes Raumklima hat eine Temperatur von ca. 22°C und ca. 50% relative Luftfeuchtigkeit.
• Wegen der ständigen Luftumwälzung werden in nicht unerheblichem Maße Schmutzpartikel in solchen Anlagen abgelagert. Die Temperaturdifferenz am Verdampfer führt darüber hinaus zu einer teilweisen Kondensation der im Luftstrom vorhandenen Feuchtigkeit. Dieses Milieu bietet optimale Bedingungen für die Kultivierung schädlicher Keime in Form der Besiedlung mit Bakterien und Schimmelpilzen. Die Folge davon sind unangenehme Gerüche und massive Gefährdungen der Gesundheit.
• Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2004 030 998 A1 beschrieben, eine Vorrichtung zur Desinfektion der Bauteile, insbesondere des Verdampfers, einer Klimaanlage in Kraftfahrzeugen mittels eines Ozonerzeugers bekannt. Der Ozonerzeuger ist in der Klimaanlage angeordnet und mittels einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbar. Die Steuereinheit ist derart ausgestaltet, dass der Ozonerzeuger im Sinne der Produktion einer vergleichsweise hohen Ozonmenge einschaltbar ist, wenn aufgrund entsprechender der Steuereinheit zur Verfügung gestellter Informationen auf das Vorliegen einer Bedingung geschlossen werden kann, bei der die Luftklappen zwischen Klimaanlage und Fahrgastinnenraum voraussichtlich für eine zur Desinfektion notwendige Zeit geschlossen bleiben oder geschlossen werden können.
• In der DE 20 2006 016 535 U1 wird ein Desinfektionsmittel für Klimaanlagen beschrieben. Das Desinfektionsmittel besteht aus einer Aktivsauerstoff abspaltenden Perverbindung, weist einen Wirkstoffgehalt bis zu 100%, vorzugsweise 50% bis 80%, auf und ist mit einem Anteil von 0,1% bis 5,0%, vorzugsweise 0,25% bis 4,0%, in Wasser, vorzugsweise gereinigt, gelöst.
• Aus der DE 10 2009 015 088 A1 ist eine Lichtquelle mit mehr als einer LED, welche UV-C-Licht emittiert, zur Desinfektion bekannt. Die Lichtquelle umfasst eine Gruppierung von LEDs mit einem Emissionsspektrum in einem Wellenlängenbereich von 250 nm bis 280 nm und wenigstens ein optisches Bauteil aus Glas zum Erfassen und zum Zusammenführen des von den LEDs emittierten Lichts, so dass die Leistungsdichte in einem Zielvolumen erhöht ist. Das optische Bauteil aus Glas ist blankgepresst. Das Glas des optischen Bauteils ist ein Fluor-Phosphat-Glas. Ein Beispiel eines Zielvolumens stellt eine Anlage zur Wasseraufbereitung dar.
• In der DE 10 2008 051 975 A1 wird eine positionsabhängige Steuerung einer Klimaanlage in einem Fahrzeug beschrieben. Die Klimaanlage wird basierend auf einer erfassten Position gesteuert und von einem ersten Betriebszustand, in dem die Heizungs-, Klimatisierungs- und/oder Belüftungsvorrichtung ihren bestimmungsgemäßen Zweck erfüllt, in einen zweiten Betriebszustand, in dem die Heizungs-, Klimatisierungs und/oder Belüftungsvorrichtung gepflegt wird, überführt.
• Aus der DE 10 2006 024 093 A1 ist eine Beschichtung zur Reinhaltung von mit flüssigen Medien oder Aerosolen in Berührung stehenden Oberflächen und deren Verwendung bekannt. Die Reinhaltung der Oberflächen aus organischen oder anorganischen Materialien erfolgt durch Vermeidung oder Entfernung organisch-chemischer Verunreinigungen und/oder mikrobieller Besiedlung. Auf der mit flüssigen Medien oder Aerosolen in Berührung stehenden Oberfläche ist eine Schichtfolge oder eine Kombination bestehend aus wenigstens einer Licht emittierenden Schicht und einer photokatalytischen Schicht aufgebracht.
• In der DE 10 2005 016 002 A1 wird ein Sensormodul für eine Fahrzeugklimaanlage beschrieben. Das Modul umfasst zumindest ein Gehäuse, einen Feuchtigkeitssensor, einen Temperatursensor und einen infrarotoptischen Gassensor zur Messung mindestens einer Gaskonzentration, wobei der Temperatursensor, der Feuchtigkeitssensor und der infrarotoptische Gassensor in dem Gehäuse aufgenommen sind. Es wird ein Sensormodul mit kleiner Baugröße und geringen Fertigungskosten geschaffen, das in einer Klimaanlage eine selbsttätige Umschaltung zwischen einem Abluft- und einem Umluftbetrieb ermöglicht. Das Sensormodul weist weiterhin eine Auswerteeinrichtung auf, die die Signale der Sensoren aufnimmt und welche die Auswerteeinrichtung ebenfalls in dem Gehäuse aufgenommen ist. Weiterhin sind in dem Gehäuse ein oder mehrere weitere Gassensoren zur Detektion weiterer Gaskomponenten, insbesondere Stickoxide, und ein Drucksensor aufgenommen und werden von der gemeinsamen Auswerteeinrichtung, vorzugsweise einem ASIC, ausgelesen.
• Aus der DE 10 2008 032 829 A1 ist ein Verfahren zur Beeinflussung und Regelung von Biotransformationsprozessen mittels elektrisch polarer Kristalle bekannt. Es werden piezoelektrische, pyroelektrische und ferroelektrische kristalline Substanzen mit elektrischen Dipoleigenschaften in biotechnologischen Prozessen zur Unterstützung von Biotransformationen mit ganzen Zellen (eukaryotisch oder prokaryotisch) zur Unterstützung der Enzymproduktion, zur Unterstützung des Zellwachstums und zum Aufschluss von Zellen zur Gewinnung intrazellulärer Produkte eingesetzt. Diese polaren Kristalle weisen elektrische Dipolfelder auf, die im Allgemeinen durch Bedeckung mit Abschirmladungen aus dem umgebenden Medium neutralisiert sind. Zur Freisetzung der elektrischen Dipolfelder ist es notwendig, entweder die Abschirmladungen zumindest teilweise von der Oberfläche abzutragen oder die Dipolmomente der Kristalle selbst betragsmäßig zu ändern. Hierfür sind verschiedene Möglichkeiten der Stimulation vorgesehen, wodurch eine Regulation und auch Schaltbarkeit der Biotransformationsprozesse erreicht wird. Diese Stimulation beinhaltet Verfahren, bei denen zum einen auf chemischem oder mechanischem Wege die an der Oberfläche befindlichen Abschirmladungen abgetragen werden und zum anderen die Dipolfelder der Kristalle selbst durch Temperaturwechsel (Pyroelektrizität) oder Druckänderung (Piezoelektrizität) entweder betragsmäßig geändert oder unter Ausnutzung der temperaturgesteuerten Umwandlung von einer ferroelektrischen (polaren) in eine paraelektrische (unpolare) kristalline Phase an- bzw. ausgeschalten werden.
• In der DE 10 2007 053 076 A1 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mittels polarisierbarer Kristalle beschrieben. In einem Gehäuse mit einer Vakuumkammer befindet sich der Kristall auf einer Einrichtung zur Einstellung einer Polarisationstemperatur zur Ausbildung eines elektrischen Polarisationsfeldes bestimmter Feldstärke und steht mit einem durch einen außerhalb des Kristalls wirksamen Anteil des Polarisationsfeldes sich in einem vorhandenen Restgas ausbildenden Oberflächenplasma im Kontakt. Im Gehäuse befinden sich zumindest ein vom Oberflächenplasma bombardierbares Target zur Erzeugung einer während eines Aktivierungsvorganges einer vorgegebenen Oberfläche des Kristalls oder des Restgases entstehenden Röntgenstrahlung und ein Fenster zur registrierbaren Durchstrahlung der vorhandenen Röntgenstrahlung. Das Gehäuse steht mit einer Unterdruckpumpe in Verbindung. Es ist mindestens eine Teilchenquelle mit mindestens einem gasförmigen Adsorbat vorgesehen, die zur Einführung des Adsorbats an die Vakuumkammer angeschlossen ist und die über das vorhandene Oberflächenplasma hinaus eine integrale stationäre Adsorbatschicht gesteuert auf der Oberfläche des Kristalls auf- und abbaut, wodurch eine gesteuerte Adsorption und Desorption erreicht wird, die eine permanente zusätzliche Konzentration an abschirmenden Ladungsteilchen in das Restgas einbinden oder die Anlagerung der beeinflussenden Adsorbatschicht bewirken. Dabei wird dadurch zusätzlich das ablenkende elektrische Feld, das die Abbremsung auf das vorgesehene Target und so die Erzeugung der vorhandenen Röntgenstrahlung bedingt, verändert. Des Weiteren wird eine zusätzliche Röntgenstrahlung während des Aktivierungsvorganges des Kristalls erzeugt.
• Aus der DE 10 2009 045 982 A1 ist ein Verfahren zum Entfernen organischer Rückstände aus kerogenhaltigem Silikat-Carbonat-Material, insbesondere Alginit, durch Einsatz von elektrischen oder magnetischen Wechselfeldern oder Druckwechselfeldern bekannt.
• In der DE 10 2008 030 035 A1 ist ein Verfahren zur Durchführung heterogen katalysierter chemischer Reaktionen sowie zur Steuerung von Phasenumwandlungsprozessen bekannt. Es werden elektrisch polare Kristalle entweder lose in ein Reaktionsvolumen gegeben oder auf einer Unterlage immobilisiert. Dem Reaktionsvolumen mit den elektrisch polaren Kristallen werden reaktionsfähige Reaktanden zugeleitet und mit den elektrisch polaren Kristallen in Kontakt gebracht. Die elektrisch polaren Kristalle werden zum Abtrag oder zur Neubildung der auf ihnen befindlichen Adsorptionsschicht und einer damit einhergehenden Aktivierung oder Passivierung deren elektrischer Dipolfelder stimuliert, so dass mittels der lokalen elektrischen Dipolfelder eine heterogen katalysierte chemische Reaktion der Reaktanden an der Oberfläche der elektrisch polaren Kristalle erfolgt.
• Aus der DE 10 2008 030 036 A1 ist ein Verfahren für enzymkatalysierte Synthesen, zur Optimierung biotechnologischer und biosensorischer Prozesse und zur Regeneration von Cofaktoren bekannt. Das Verfahren nutzt elektrisch polare Partikel bzw. Oberflächen zur exogen steuerbaren Regeneration von Cofaktoren (NAD(P)H) für die enzymatische Katalyse und zur Steigerung der Ausbeute komplexer enzymkatalysierter Reaktionen, wie sie in der Biotechnologie oder in Biosensoren Anwendung finden. Des Weiteren wird die Durchführung von pyroelektrisch unterstützten Enzymkatalysen zur Fixierung von CO₂ und zum Abbau von MTBE/ETBE beschrieben.
• In der DE 10 2009 037 111 A1 werden ein kompakter Infrarotlichtdetektor und ein Verfahren zur Herstellung desselben sowie ein Infrarotlichtdetektorsystem mit dem Infrarotlichtdetektor beschrieben. Der Infrarotlichtdetektor umfasst einen Sensorchip, der ein aus einem pyroelektrisch sensitiven Material hergestelltes Schichtelement aufweist, mindestens ein elektronisches Bauteil, das eine Ausleseschaltung bildet, und eine Trägermembran, an der der Sensorchip befestigt sowie das elektronische Bauteil derart integriert angebaut ist, dass das elektronische Bauteil mit dem Schichtelement elektrisch leitend gekoppelt ist und an das elektronische Bauteil ein Signalverstärker anschließbar ist, mit dem unter Zusammenwirken mit dem elektronischen Bauteil ein vom Sensorchip abgegebenes elektrisches Signal verstärkbar ist.
• Aus der DE 196 51 403 A1 ist ein mehrstufiges Luftgütesystem für Fahrzeugkabinen bekannt. Eine Apparatur zur physikalischen Luftaufbereitung besteht aus neuartigen Luftionisatoren in flacher Bauart zur Aufbereitung der Luft in Fahrzeugkabinen von Automobilen oder von Luftfahrzeugen, wobei die physikalischen Luftaufbereiter so angeordnet sind, dass sie sowohl die eingelassene Außenluft als auch die im Umluftkreislauf befindliche Luft aufbereiten. Diese physikalische Luftaufbereitung ist in einem mehrstufigen System kombiniert mit Partikel- oder mit Aktivkohlefiltern und/oder mit einer automatisch und sensorgesteuerten Umluftklappe, die stets dann geschlossen wird, wenn das Fahrzeug eine Zone stark erhöhter Luftbelastung erreicht.
• In der US 2007/0165784 A1 werden ein hemimorphe Kristalle nutzender Röntgengenerator und ein diesen Röntgengenerator nutzender Ozongenerator beschrieben. Der Röntgengenerator umfasst einen Behälter, in welchem eine Niederdruckatmosphäre aufrechterhalten wird und zumindest ein Paar der hemimorphen Kristalle sich gegenüberliegend angeordnet sind, gehalten durch Haltemittel. Der Röntgengenerator umfasst zudem Mittel zum Anheben und Absenken der Temperatur der hemimorphen Kristalle. Röntgenstrahlen werden von dem Gefäß abgestrahlt, während die Temperatur der hemimorphen Kristalle angehoben oder abgesenkt wird.
• Aus Sidney B. Lang; Pyroelectricity: From Ancient Curiosity to Modem Imaging Tool; Phys. Today 58(8), 31 (2005) sind pyroelektrisch aktive Materialien bekannt.
• In E. Gutmann et al.; Impact of pyroelectric LiNbO₃ and LiTaO₃ on water, organic dyes and E. coli; Acta Cryst. (2010), A66, s161 wird der pyroelektrische Effekt durch Temperaturänderung von LiNbO₃ and LiTaO₃ beschrieben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Desinfektion einer Klimaanlage anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Desinfektion einer Klimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Desinfektion einer Klimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Eine Vorrichtung zur Desinfektion einer Klimaanlage umfasst erfindungsgemäß zumindest ein pyroelektrisch aktives Material, welches in zumindest einem Luftführungskanal der Klimaanlage angeordnet und mit zumindest einer Wärmequelle und/oder Kältequelle thermisch gekoppelt ist. Die Vorrichtung ermöglicht es, die Klimaanlage kontinuierlich zu desinfizieren bzw. zu hygienisieren, wobei dazu keine toxischen Desinfektionsmittel und gefährliche UV-Strahlung erforderlich sind. Dadurch ist eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren erreicht, bei welchen eine Vermehrung von Keimen nicht verhinderbar ist, sondern lediglich eine sporadische Entfernung von Biofilmen und Schimmelpilzen erfolgen kann, wobei von diesen Maßnahmen eine weitere Gefährdung ausgeht.
• Bei pyroelektrisch aktiven Materialien handelt es sich um Ionenkristalle mit permanenter elektrischer Polarisation. Erwärmt man diese oder kühlt sie ab, so laden sich die gegenüberliegenden Flächen entgegengesetzt elektrisch auf. Hierbei ist die sich ausbildende Polarisation P_py, der Temperaturänderung ΔT direkt proportional. ΔP →_py = p →·ΔT
• Dabei ist p eine pyroelektrische Konstante.
• Abhängig vom Materialist bei Temperaturänderungen von 100 K und Kristallgrößen im Bereich von mehreren Zentimetern eine elektrische Spannung zwischen entgegengesetzten Kristalloberflächen in der Größenordnung von 1 kV bis 1 MV erreichbar.
• Es konnte in überraschender Weise nachgewiesen werden, dass pyroelektrische Partikel durch einen geeigneten Temperaturwechsel dazu in die Lage versetzt werden, sogenannte reaktive oxidative Substanzen (ROS) zu generieren. Dazu gehören freie Radikale, wie z. B. das Hydroxylradikal, stabilere molekulare Oxidantien, wie das Wasserstoffperoxid und angeregte Sauerstoffmoleküle in Form des Singulettsauerstoffs. Gemeinsam ist ihnen, dass sie eine zellschädigende Wirkung auf Mikroorganismen durch direkte Reaktion mit Aminosäuren und DNA-Molekülen entfalten.
• Da das pyroelektrisch aktive Material im Luftführungskanal der Klimaanlage und dadurch erfindungsgemäß in einem die Klimaanlage, d. h. den Luftführungskanal durchströmenden Luftstrom angeordnet ist, erfolgt ein Einbringen dieser reaktiven oxidativen Substanzen, welche vom pyroelektrisch aktiven Material durch dessen thermisches Aktivieren durch abwechselndes Erwärmen und Abkühlen generiert werden, in den Luftstrom der Klimaanlage, so dass durch diese reaktiven oxidativen Substanzen die Desinfektion bzw. Hygienisierung der Klimaanlage ermöglicht ist. Dabei ist mittels der Wärmequelle und/oder Kältequelle, welche mit dem pyroelektrisch aktiven Material thermisch gekoppelt ist, ein für die Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen erforderlicher zeitlicher Temperaturverlauf sichergestellt, d. h. das pyroelektrisch aktive Material ist abwechselnd zu erwärmen und abzukühlen. Da die reaktiven oxidativen Substanzen, insbesondere reaktive Sauerstoffradikale, hoch lokalisiert erzeugt werden, eine kurze Lebensdauer besitzen sowie in der erzielten Konzentration keine schädlichen Wirkungen auf Menschen haben, kann diese Desinfektion oder Hygienisierung kontinuierlich erfolgen, d. h. auch während eines normalen Betriebs der Klimaanlage.
• Vorzugsweise ist das pyroelektrisch aktive Material Lithiumniobat (LiNbO₃), Lithiumtantalat (LiTaO₃), Strontium-Barium-Niobat (Sr_xBai_-xNb₂O₆) oder Bariumtitanat (BaTiO₃). Des Weiteren kann das pyroelektrisch aktive Material auch Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder ein anderes organisches Polymer sein. Bei diesen Materialien konnte die Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen bereits nachgewiesen werden.
• Zweckmäßigerweise ist das pyroelektrisch aktive Material in Form von Kristallen ausgebildet und/oder als eine Beschichtung aus dem pyroelektrisch aktiven Material auf einem Träger ausgebildet. Die Ausbildung des pyroelektrisch aktiven Materials ist dabei beispielsweise von Anordnungsmöglichkeiten in der Klimaanlage abhängig. So sind beispielsweise mit dem pyroelektrisch aktiven Material beschichtete Träger auf einfache Weise im Luftführungskanal anzuordnen und zu befestigen, wobei das pyroelektrisch aktive Material insbesondere strömungsgünstig im Luftstrom zu positionieren ist.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform sind auf das pyroelektrisch aktive Material Nanopartikel aus zumindest einem Metall, insbesondere Edelmetall, aufgebracht. Eine Teilchengröße liegt typischerweise im Bereich von drei Nanometer bis 50 nm. Die Nanopartikel weisen vorzugsweise eine kugelförmige oder stäbchenförmige Gestalt mit einem Achsenverhältnis zwischen 5 bis 10 auf.
• Durch die Nanopartikel ist der Effekt der Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen verstärkt, beispielsweise aufgrund einer durch die Nanopartikel bewirkten extremen Vergrößerung eines Oberflächen-Volumen-Verhältnisses sowie aufgrund einer erhöhten veränderten Oberflächenaktivität.
• Vorzugsweise sind die Nanopartikel aus Platin, Palladium, Silber, Gold, Rhodium, Zirkonium und/oder Eisen ausgebildet. Diese Metalle eignen sich für die Verstärkung des Effektes der Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen besonders gut.
• Bevorzugt sind die Nanopartikel in Form zumindest einer geometrischen und/oder chemischen Nanostruktur auf das pyroelektrisch aktive Material aufgebracht. Durch eine geeignete geometrische und/oder chemische Nanostruktur, beispielsweise durch eine Ausgestaltung als Nanokugeln oder Nanostäbe, ist der Effekt der Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen aufgrund der durch die Nanostrukturierung bewirkten extremen Vergrößerung des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses sowie aufgrund der erhöhten veränderten Oberflächenaktivität besonders stark zu verstärken.
• Zweckmäßigerweise ist die Wärmequelle und/oder Kältequelle als zumindest eine Düse zur Zuführung warmer und/oder, kalter Luft, als ohmsche, induktive oder kapazitive Heizung oder als ein Peltierelement ausgebildet. Auch eine Kombination mehrerer dieser Wärme- und/oder Kältequellen ist möglich. Beispielsweise ist während eines Betriebs der Klimaanlage zum Erwärmen und/oder Abkühlen des pyroelektrisch aktiven Materials, um einen für die Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen erforderlichen zeitlichen Temperaturverlauf sicherzustellen, der von der Klimaanlage erwärmte bzw. abgekühlte Luftstrom zu nutzen, welcher mittels der Düse auf das pyroelektrisch aktive Material geleitet wird. Auf diese Weise ist keine zusätzliche elektrische Energie für eine elektrisch betriebene Heizung oder das Peltierelement erforderlich. Ist die Klimaanlage nicht in einem regulären Betriebszustand, so sind beispielsweise zum Erwärmen des pyroelektrischen Materials die ohmsche, induktive oder kapazitive Heizung und zum Kühlen des pyroelektrisch aktiven Materials das Peltierelement zu nutzen, um einen für die Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen erforderlichen zeitlichen Temperaturverlauf sicherzustellen. Die Heizung und Kühlung des pyroelektrisch aktiven Materials mittels der Wärmequellen und/oder Kältequellen ist beispielsweise mittels einer übergeordneten Steuereinheit der Vorrichtung steuerbar und/oder regelbar.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Klimaanlage als eine Fahrzeugklimaanlage ausgebildet. Bei derartigen Fahrzeugklimaanlagen ist die Gefahr einer Keimbildung besonders hoch, da sich nach einem Abstellen des Fahrzeugs Kondenswasser in der Klimaanlage bildet, wenn diese bis zum Abstellen des Fahrzeugs betrieben wurde, da mit dem Abstellen des Fahrzeugs auch eine Lüftung des Fahrzeugs abgestellt ist und dadurch kein Luftstrom die Klimaanlage durchströmt. Zudem erfolgt bei derartigen Fahrzeugklimaanlagen ein besonders starkes Ansaugen von Schmutzpartikeln, welche sich in der Klimaanlage ablagern. Daher ist bei derartigen Klimaanlagen deren insbesondere kontinuierliche Desinfektion besonders erforderlich, welche mittels der Vorrichtung durchführbar ist.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt ein kurzzeitiger automatischer Nachlauf der die Temperaturwechsel erzeugenden Wärmequellen, wodurch die durch Kondenswasser bedingte Biofilmbildung grundsätzlich verhinderbar ist.
• In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Desinfektion einer Klimaanlage mittels der Vorrichtung wird durch eine thermische Aktivierung zumindest eines pyroelektrisch aktiven Materials, welches in zumindest einem Luführungskanal der Klimaanlage angeordnet und mit zumindest einer Wärmequelle und/oder Kältequelle thermisch gekoppelt ist, zumindest eine reaktive oxidative Substanz erzeugt und in einen Luftstrom der Klimaanlage abgegeben. Es konnte in überraschender Weise nachgewiesen werden, dass pyroelektrische Partikel durch einen geeigneten Temperaturwechsel dazu in die Lage versetzt werden, sogenannte reaktive oxidative Substanzen (ROS) zu generieren. Dazu gehören freie Radikale, wie z. B. das Hydroxylradikal, stabilere molekulare Oxidantien, wie das Wasserstoffperoxid und angeregte Sauerstoffmoleküle in Form des Singulettsauerstoffs. Gemeinsam ist ihnen, dass sie eine zellschädigende Wirkung auf Mikroorganismen durch direkte Reaktion mit Aminosäuren und DNA-Molekülen entfalten.
• Da das pyroelektrisch aktive Material im Luftführungskanal der Klimaanlage und dadurch erfindungsgemäß in einem die Klimaanlage, d. h. den Luftführungskanal durchströmenden Luftstrom angeordnet ist, werden diese reaktiven oxidativen Substanzen, welche vom pyroelektrisch aktiven Material durch dessen thermisches Aktivieren durch abwechselndes Erwärmen und Abkühlen generiert werden, in den Luftstrom der Klimaanlage eingebracht, so dass durch diese reaktiven oxidativen Substanzen die Desinfektion bzw. Hygienisierung der Klimaanlage ermöglicht wird. Dabei wird mittels der Wärmequelle und/oder Kältequelle, welche mit dem pyroelektrisch aktiven Material thermisch gekoppelt ist, ein für die Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen erforderlicher zeitlicher Temperaturverlauf sichergestellt, d. h. das pyroelektrisch aktive Material wird abwechselnd erwärmt und abgekühlt. Da die reaktiven oxidativen Substanzen, insbesondere reaktive Sauerstoffradikale, hoch lokalisiert erzeugt werden, eine kurze Lebensdauer besitzen sowie in der erzielten Konzentration keine schädlichen Wirkungen auf Menschen haben, kann diese Desinfektion oder Hygienisierung kontinuierlich durchgeführt werden, d. h. auch während eines normalen Betriebs der Klimaanlage.
• Als reaktive oxidative Substanz kann beispielsweise Ozon in den Luftstrom der Klimaanlage abgeschieden werden. Das Ozon kann mit dem Luftstrom transportiert werden. Ozon kann erzeugt werden durch eine Reaktion von Sauerstoffradikalen mit dem Luftsauerstoff. Es können auf diese Weise aber auch andere reaktive oxidative Substanzen in den Luftstrom eingebracht werden.
• Vorteilhafterweise wird bei einer als Fahrzeugklimaanlage eines Fahrzeugs ausgebildeten Klimaanlage das pyroelektrisch aktive Material während eines Standbetriebs des Fahrzeugs abwechselnd mittels zumindest einer als ohmsche, induktive oder kapazitive Heizung ausgebildeten Wärmequelle erwärmt und mittels einer als ein Peltierelement ausgebildeten Kältequelle gekühlt und in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs mittels zumindest einer als Düse zur abwechselnden Zuführung warmer und kalter Luft ausgebildeten weiteren Wärme- und Kältequelle abwechselnd erwärmt und gekühlt. Auf diese Weise wird ständig der für die Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen erforderliche zeitliche Temperaturverlauf sichergestellt, wobei durch die abwechselnde Zuführung warmer und kalter Luft über die als Düse ausgebildete weitere Wärme- und Kältequelle elektrische Energie eingespart werden kann, da die warme und kalte Luft von der Klimaanlage selbst erzeugt werden kann bzw. die warme Luft von der in die Klimaanlage integrierten oder mit dieser gekoppelten Heizung des Fahrzeugs erzeugt werden kann. Die Heizung und Kühlung des pyroelektrisch aktiven Materials mittels der Wärme und/oder Kältequellen wird beispielsweise mittels einer übergeordneten Steuereinheit gesteuert und/oder geregelt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
• Darin zeigt:
• 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Klimaanlage und einer Vorrichtung zu deren Desinfektion.
• 1 zeigt in einer zur besseren Übersichtlichkeit stark vereinfachten schematischen Darstellung ein Fahrzeug F mit einer Klimaanlage KA und einer Vorrichtung 1 zu deren Desinfektion bzw. Hygienisierung, mittels welcher ein Verfahren zur Desinfektion bzw. Hygienisierung der Klimaanlage KA durchführbar ist.
• Die Vorrichtung 1 weist ein pyroelektrisch aktives Material 2 auf, beispielsweise Lithiumniobat oder Lithiumtantalat oder ein organisches Polymer, welches als eine Beschichtung auf einen Träger 3 aufgebracht ist und zusammen mit dem Träger 3 in einem Luftführungskanal LK der Klimaanlage KA derart angeordnet ist, dass das pyroelektrisch aktive Material 2 in einem die Klimaanlage KA, d. h. den Luftführungskanal LK und mögliche weitere, hier nicht dargestellte Elemente der Klimaanlage KA durchströmenden Luftstrom L angeordnet ist. Auf das pyroelektrisch aktive Material 2 sind Nanopartikel 4 aus zumindest einem Metall, insbesondere Edelmetall, beispielsweise aus Platin, Palladium, Silber, Gold, Rhodium, Zirkonium und/oder Eisen, in Form zumindest einer geometrischen und/oder chemischen Nanostruktur, beispielsweise als Nanokugeln oder Nanostäbe, aufgebracht.
• Des Weiteren ist das pyroelektrisch aktive Material 2 mit einer Wärmequelle 5, welche beispielsweise als ohmsche, induktive oder kapazitive Heizung ausgebildet ist, und mit einer Kältequelle 6, welche beispielsweise als ein Peltierelement ausgebildet ist, thermisch gekoppelt. Zu diesem Zweck ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Träger 3 mit dem pyroelektrisch aktiven Material 2 auf der Wärmequelle 5 und der Kältequelle 6 im Luführungskanal LK der Klimaanlage KA angeordnet. Die Wärmequelle 5 und die Kältequelle 6 sind mit einer übergeordneten Steuereinheit 7 gekoppelt, durch welche eine Aktivität der Wärmequelle 5 und der Kältequelle 6 gesteuert und/oder geregelt werden kann.
• Bei derartigen pyroelektrisch aktiven Materialien 2 handelt es sich um Ionenkristalle mit permanenter elektrischer Polarisation. Erwärmt man diese oder kühlt sie ab, so laden sich die gegenüberliegenden Flächen entgegengesetzt elektrisch auf. Hierbei ist die sich ausbildende Polarisation P_py der Temperaturänderung ΔT direkt proportional. ΔP →_py = p →·ΔT
• Dabei ist p eine pyroelektrische Konstante.
• Abhängig vom Material ist bei Temperaturänderungen von 100 K und Kristallgrößen im Bereich von mehreren Zentimetern eine elektrische Spannung zwischen entgegengesetzten Kristalloberflächen in der Größenordnung von 1 kV bis 1 MV erreichbar.
• Es konnte in überraschender Weise nachgewiesen werden, dass derartige pyroelektrisch aktive Materialien 2 durch einen geeigneten Temperaturwechsel dazu in die Lage versetzt werden, sogenannte reaktive oxidative Substanzen ROS zu generieren. Dazu gehören freie Radikale, wie z. B. das Hydroxylradikal, stabilere molekulare Oxidantien, wie das Wasserstoffperoxid und angeregte Sauerstoffmoleküle in Form des Singulettsauerstoffs. Gemeinsam ist ihnen, dass sie eine zellschädigende Wirkung auf Mikroorganismen durch direkte Reaktion mit Aminosäuren und DNA-Molekülen entfalten. Durch die Nanopartikel 4 auf dem pyroelektrisch aktiven Material 2, d. h. durch die geometrische und/oder chemische Nanostrukturierung der Oberfläche des pyroelektrisch aktiven Material 2 mittels der Nanopartikel 4 und einer damit einhergehenden extremen Vergrößerung eines Oberflächen-Volumen-Verhältnisses bzw. einer erhöhten veränderten Oberflächenaktivität ist der Effekt der Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen ROS noch verstärkt.
• Da das pyroelektrisch aktive Material 2 im Luftführungskanal LK der Klimaanlage KA und dadurch in dem die Klimaanlage KA, d. h. den Luftführungskanal LK durchströmenden Luftstrom L angeordnet ist, erfolgt ein Einbringen dieser reaktiven oxidativen Substanzen ROS, welche vom pyroelektrisch aktiven Material 2 durch dessen thermisches Aktivieren durch abwechselndes Erwärmen und Abkühlen generiert werden, in den Luftstrom L der Klimaanlage KA, so dass durch diese reaktiven oxidativen Substanzen ROS die Desinfektion bzw. Hygienisierung der Klimaanlage KA ermöglicht ist. Dabei ist mittels der Wärmequelle 5 und der Kältequelle 6, welche mit dem pyroelektrisch aktiven Material 2 thermisch gekoppelt sind, ein für die Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen ROS erforderlicher zeitlicher Temperaturverlauf sichergestellt, d. h. das pyroelektrisch aktive Material 2 wird abwechselnd erwärmt und abgekühlt. Da die reaktiven oxidativen Substanzen ROS, insbesondere reaktive Sauerstoffradikale, hoch lokalisiert erzeugt werden, eine kurze Lebensdauer besitzen sowie in der erzielten Konzentration keine schädlichen Wirkungen auf Menschen haben, kann diese Desinfektion oder Hygienisierung kontinuierlich erfolgen, d. h. auch während eines normalen Betriebs der Klimaanlage KA.
• Im Verfahren zur Desinfektion der Klimaanlage KA werden durch abwechselndes Erwärmen und Abkühlen des pyroelektrisch aktiven Materials 2 mit einem vorgegebenen zeitlichen Temperaturverlauf, wodurch das pyroelektrisch aktive Material 2 thermisch aktiviert wird, die reaktiven oxidativen Substanzen ROS erzeugt, welche dann durch den Luftstrom L in der Klimaanlage KA verteilt werden und die Klimaanlage KA desinfizieren. Dabei ist es bei der im Fahrzeug F eingesetzten Klimaanlage KA besonders vorteilhaft, das pyroelektrisch aktive Material 2 während eines Standbetriebs des Fahrzeugs F abwechselnd mittels zumindest der als ohmsche, induktive oder kapazitive Heizung ausgebildeten Wärmequelle 5 zu erwärmen und mittels der als Peltierelement ausgebildeten Kältequelle 6 zu kühlen und in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs F das pyroelektrisch aktive Material 2 mittels einer weiteren, hier nicht näher dargestellten Wärme- und Kältequelle abwechselnd zu erwärmen und zu kühlen, welche als Düse zur abwechselnden Zuführung warmer und kalter Luft ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ständig der für die Generierung der reaktiven oxidativen Substanzen ROS erforderliche zeitliche Temperaturverlauf sichergestellt, d. h. sowohl während des Standbetriebs als auch während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs F, so dass eine kontinuierliche Desinfektion bzw. Hygienisierung der Klimaanlage KA ermöglicht wird.
• In einer speziellen Ausführungsform sieht die Erfindung einen kurzzeitigen automatischen Nachlauf der die Temperaturwechsel erzeugenden Wärmequellen vor, wodurch die durch Kondenswasser bedingte Biofilmbildung grundsätzlich verhindert wird.
• Dabei wird durch die abwechselnde Zuführung warmer und kalter Luft über die als Düse ausgebildete weitere Wärme- und Kältequelle elektrische Energie eingespart, da die warme und kalte Luft von der Klimaanlage KA selbst erzeugt werden kann bzw. die warme Luft von der in die Klimaanlage KA integrierten oder mit dieser gekoppelten Heizung des Fahrzeugs F erzeugt werden kann. Die Steuerung und/oder Regelung der Wärmequellen 5 und Kältequellen 6, d. h. vorzugsweise sowohl der ohmschen, induktiven oder kapazitiven Heizung und des Peltierelementes als auch der Düse zur Luftzuführung, sowie das abwechselnde Erwärmen und Abkühlen des pyroelektrisch aktiven Materials 2 mittels dieser Wärmequellen 5 und Kältequellen 6 erfolgt dabei durch die übergeordnete Steuereinheit 7.
• Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

pyroelektrisch aktives Material

3

Träger

4

Nanopartikel

5

Wärmequelle

6

Kältequelle

7

Steuereinheit

F

Fahrzeug

L

Luftstrom

LK

Luftführungskanal

KA

Klimaanlage

ROS

reaktive oxidative Substanz

Claims (10)

1. Vorrichtung (1) zur Desinfektion einer Klimaanlage (KA), dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Luftführungskanal (LK) der Klimaanlage (KA) zumindest ein pyroelektrisch aktives Material (2) angeordnet ist, welches mit zumindest einer Wärmequelle (5) und/oder Kältequelle (6) thermisch gekoppelt ist, wobei das zumindest eine pyroelektrisch aktive Material (2) derart im Luftführungskanal (LK) angeordnet ist, dass es in einem den Luftführungskanal (LK) durchströmenden Luftstrom (L) der Klimaanlage (KA) angeordnet ist, und wobei durch eine thermische Aktivierung des zumindest einen pyroelektrisch aktiven Materials (2) zumindest eine reaktive oxidative Substanz (ROS) erzeugbar und in den Luftstrom (L) der Klimaanlage (KA) abgebbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pyroelektrisch aktive Material (2) Lithiumniobat oder Lithiumtantalat oder Strontium-Barium-Niobat oder Bariumtitanat oder Polyvinylidenfluorid oder ein organisches Polymer ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das pyroelektrisch aktive Material (2) in Form von Kristallen ausgebildet ist und/oder als eine Beschichtung auf einem Träger (3) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf das pyroelektrisch aktive Material (2) Nanopartikel (4) aus zumindest einem Metall, insbesondere Edelmetall, aufgebracht sind.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (4) aus Platin, Palladium, Silber, Gold, Rhodium, Zirkonium und/oder Eisen ausgebildet sind.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (4) in Form zumindest einer Nanostruktur auf das pyroelektrisch aktive Material (2) aufgebracht sind.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (5) und/oder Kältequelle (6) als zumindest eine Düse zur Zuführung warmer und/oder kalter Luft, als ohmsche, induktive oder kapazitive Heizung oder als ein Peltierelement ausgebildet ist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage (KA) als eine Fahrzeugklimaanlage ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Desinfektion einer Klimaanlage (KA) mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine thermische Aktivierung zumindest eines pyroelektrisch aktiven Materials (2), welches in zumindest einem Luftführungskanal (LK) der Klimaanlage (KA) angeordnet und mit zumindest einer Wärmequelle (5) und/oder Kältequelle (6) thermisch gekoppelt ist, zumindest eine reaktive oxidative Substanz (ROS) erzeugt und in einen Luftstrom (L) der Klimaanlage (KA), der den Luftführungskanal (LK) durchströmt und in welchem das zumindest eine pyroelektrisch aktive Material (2) angeordnet ist, abgegeben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer als Fahrzeugklimaanlage eines Fahrzeugs (F) ausgebildeten Klimaanlage (KA) das pyroelektrisch aktive Material (2) während eines Standbetriebs des Fahrzeugs (F) abwechselnd mittels zumindest einer als ohmsche, induktive oder kapazitive Heizung ausgebildeten Wärmequelle (5) erwärmt und mittels einer als ein Peltierelement ausgebildeten Kältequelle (6) gekühlt wird und in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs (F) mittels zumindest einer als Düse zur abwechselnden Zuführung warmer und kalter Luft ausgebildeten weiteren Wärme- und Kältequelle abwechselnd erwärmt und gekühlt wird.

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