DE102020121130A1 - Device for sterilizing air containing aerosols - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (1) für die Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft, umfassend mindestens einen Durchströmungskanal (13) mit einem oder mehreren Durchströmungsquerschnitten, mindestens einen Ventilator (7) zur Erzeugung eines Luftstromes im Durchströmungskanal, Mittel zur Sterilisierung (10) von mindestens einem Aerosol im Luftstrom, mindestens einer Ansaugöffnung (4) für die aerosolhaltige Luft in den Durchströmungskanal sowie mindestens einer Abluftöffnung (6) für einen sterilisierten Luftstrom aus den Durchströmungskanal, wobei die mindestens eine Ansaugöffnung in mindestens ein Ansaugvolumen (14) einmündet, wobei jedes des mindestens einen Ansaugvolumens jeweils an eine Aerosolquelle angrenzt.Device (1) for the sterilization of aerosol-containing air, comprising at least one flow channel (13) with one or more flow cross sections, at least one fan (7) for generating an air flow in the flow channel, means for sterilizing (10) at least one aerosol in the air flow, at least one suction opening (4) for the aerosol-containing air into the flow channel and at least one exhaust air opening (6) for a sterilized air flow out of the flow channel, the at least one suction opening opening into at least one suction volume (14), each of the at least one suction volume respectively adjacent to an aerosol source.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft, vorzugsweise mit einem Krankheitserreger wie Corona Virus SARS-CoV-2, Erkältungs- und Grippeviren und anderen ansteckenden viralen Krankheitserregern kontaminierten Aerosol gemäß dem ersten Patentanspruch.The invention relates to a device for the sterilization of aerosol-containing air, preferably with an aerosol contaminated with a pathogen such as corona virus SARS-CoV-2, cold and flu viruses and other infectious viral pathogens according to the first claim.
In Innenräumen, in denen sich Menschen in hoher Dichte in einer gewissen räumlichen Ordnung aufhalten, besteht ein erhöhtes Ansteckungsrisiko aufgrund der Übertragungsmöglichkeiten von Viren, insbesondere von Corona Virus SARS-CoV-2, durch mit Viren belastete Aerosolteilchen, die von den dort anwesenden Menschen ausgeatmet oder beim Niesen oder Husten ausgestoßen werden. Aerosole sind aufgrund ihrer kleinen Größe (Masse) lufttragend und können je nach Umgebungsbedingungen bis zu mehreren Stunden luftgetragen in den Innenräumen verbleiben. Zu solchen Innenräumen zählen u.a. Restaurants, Seminar- und Schulungsräumen, Klassenräume in Schulen, Hörsäle, Arztpraxen, Besprechungszimmer bei Ärzten, Fitnessstudios etc., aber auch Reinräume oder andere Räume mit einer kontrollierten Atmosphäre.Indoors, where people are in high densities in a certain spatial order, there is an increased risk of infection due to the possibility of transmission of viruses, especially corona virus SARS-CoV-2, through aerosol particles contaminated with viruses that are exhaled by the people present there or expelled when you sneeze or cough. Due to their small size (mass), aerosols are airborne and can remain airborne indoors for up to several hours, depending on the environmental conditions. Such interior spaces include restaurants, seminar and training rooms, classrooms in schools, lecture halls, doctor's offices, doctor's meeting rooms, fitness studios, etc., but also clean rooms or other rooms with a controlled atmosphere.
Aufgrund der Übertragungswege über Aerosole sind deshalb Mindestabstände notwendig, wie z.B. vor dem Hintergrund der aktuellen Vorgaben zum Corona Virus SARS-CoV-2 größere Tischabstände in Restaurants, die wiederum aufgrund der geringeren Belegungsdichte zu hohen wirtschaftlichen Verlusten führen. In ähnlicher Weise führen diese Vorgaben zu Abstandsregeln in Schulen dazu, dass Unterricht nur in kleineren Gruppen für kürzere Unterrichtszeiten stattfinden kann, was zu massiven Ausfällen von Unterrichtsstunden führt. In diesen Umgebungen befinden sich jedoch meist Einzelpersonen oder kleinere Gruppen von Personen an einem festgelegten Ort in dem Innenraum (z.B. vier Familienmitglieder an einem Tisch im Restaurant, oder eine Dreiergruppe von Schülern an einem Arbeitstisch, oder eine einzelne Person an einem Fitness-Gerät im Studio, oder ein Patient beim Zahnarzt). Daher liegt die Bestrebung darin, den Austausch der Aerosole von einer Person oder von einer Gruppe von Personen zu einer anderen Personengruppe, z.B. von einem Tisch im Restaurant zu dem nächsten oder übernächsten Tisch, zu verhindern oder zu reduzieren.Due to the transmission paths via aerosols, minimum distances are therefore necessary, e.g. against the background of the current specifications for the corona virus SARS-CoV-2 larger table distances in restaurants, which in turn lead to high economic losses due to the lower occupancy density. Similarly, these distancing rules in schools mean that lessons can only take place in smaller groups for shorter lesson times, which leads to massive cancellations of lessons. In these environments, however, there are usually individuals or small groups of people at a fixed place in the interior (e.g. four family members at a table in a restaurant, or a group of three students at a work table, or a single person at a fitness machine in the studio , or a patient at the dentist). The aim is therefore to prevent or reduce the exchange of aerosols from one person or from one group of people to another group of people, e.g. from one table in a restaurant to the next table or the table after that.
Zudem wird die Übertragung der Viren durch Aerosole beeinflusst durch äußere Umwelteinflüsse, wie Temperatur und Luftfeuchte, die einen Einfluss auf die Lebensdauer der Aerosole und damit der Viren in der Luft haben. So können die Aerosolpartikel bei trockener Luft schneller austrocknen und damit den Virus schneller unschädlich machen, als dies bei feuchter Luft möglich ist. Zu beobachten ist dies besonders drastisch z.B. in den Schlachthöfen, in denen niedrige Temperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit die Übertragung der Viren begünstigen.In addition, the transmission of viruses by aerosols is influenced by external environmental influences, such as temperature and humidity, which have an impact on the lifespan of the aerosols and thus the viruses in the air. The aerosol particles can dry out faster in dry air and thus render the virus harmless faster than is possible in humid air. This can be observed particularly drastically, e.g. in slaughterhouses, where low temperatures and high humidity promote the transmission of the virus.
Bekannt sind beispielsweise Absaugvorrichtungen insbesondere für gewerbliche Anwendungen, bei denen eine Absaugöffnung wie eine Absaugglocke an eine Emissionsquelle positioniert wird und die Emissionen aufgesaugt und in ein Abluftkanalsystem weitergeleitet werden. Die Absaugung erfolgt schon aus Gründen des Lärmschutzes in der Regel am Ende des Abluftkanalsystems. Eine Sterilisation erfolgt - sofern überhaupt vorgesehen - üblicherweise zentral für alle angeschlossenen Absaugungen abseits im Abluftkanalsystem. Derartige Absaugvorrichtungen sind jedoch Abluftsysteme, d.h. die abgesaugte Luft wird bei geschlossenen Räumen durch andere Öffnungen in den Raum wieder einströmen, was wiederum einen Einsatz insbesondere in Sicherheitsbereichen oder Reinräumen nicht ermöglicht.For example, suction devices are known, in particular for commercial applications, in which a suction opening such as a suction bell is positioned at an emission source and the emissions are sucked up and forwarded into an exhaust air duct system. For reasons of noise protection, extraction usually takes place at the end of the exhaust air duct system. Sterilization is carried out - if it is planned at all - usually centrally for all connected suction devices remotely in the exhaust air duct system. However, such extraction devices are exhaust air systems, i.e. in closed rooms the extracted air will flow back into the room through other openings, which in turn does not allow use in security areas or clean rooms in particular.
Weiterhin sind Abluftanlagen für Räume bekannt, bei denen die Luft meist an nur wenigen Stellen im Raum abgesaugt wird, oftmals an der Raumdecke. Die Absaugung erfolgt integral und nicht für jede Emissionsquelle separat, was insbesondere für die Absaugung und Vernichtung von erregerhaltiger Luft nicht zufriedenstellend ist.Furthermore, exhaust air systems for rooms are known in which the air is usually sucked off at only a few points in the room, often on the ceiling. The extraction takes place integrally and not separately for each emission source, which is unsatisfactory in particular for the extraction and destruction of air containing pathogens.
Ferner sind Umluftanlagen bekannt, bei denen die Luft in einem Raum angesaugt, behandelt, d.h. gereinigt, gefiltert und/oder temperiert an anderer Stelle wieder zurück in den Raum geführt wird. Sie dienen vorzugsweise der Luftkonditionierung in geschlossenen Räumen, Fahrzeugen und Gebäuden.In addition, recirculation systems are known in which the air in a room is sucked in, treated, i.e. cleaned, filtered and/or tempered, and fed back into the room elsewhere. They are primarily used for air conditioning in closed rooms, vehicles and buildings.
Umluftanlagen sind als Umluftabreinigungsanlagen vorzugsweise Klima- und Abreinigungsanlagen in Reinräumen, bei denen die abgesaugte Luft zentral oder dezentral an Verunreinigungsquellen üblicherweise über ein Umluftkanalsystem aus dem Raum geleitet, dort gereinigt, gefiltert und/oder temperiert wieder in den Raum geleitet wird. Ähnliche Umluftanlagen dienen beispielsweise auch der Fahrzeugklimatisierung oder der Klimatisierung von Großrechneranlagen.As circulating air cleaning systems, circulating air systems are preferably air conditioning and cleaning systems in clean rooms, in which the extracted air is conducted centrally or decentrally at sources of contamination, usually via a circulating air duct system, out of the room, where it is cleaned, filtered and/or fed back into the room at a controlled temperature. Similar recirculation systems are also used, for example, for vehicle air conditioning or for air conditioning of mainframe systems.
Ein Beispiel für Umluftabreinigungsanlagen, bei der die angesaugte Luft zur Behandlung nicht aus dem Raum geleitet wird, sind Umluft Dunstabzugshauben für Küchen- und Laboranwendungen.An example of circulating air cleaning systems in which the air drawn in for treatment is not routed out of the room are circulating air extractor hoods for kitchen and laboratory applications.
Bekannt sind aber auch Ansätze, bei denen Umluftabreinigungsanlagen auch zusätzlich oder ausschließlich für die Entkeimung einer durchströmenden Luft herangezogen werden.However, approaches are also known in which circulating air cleaning systems are also used additionally or exclusively for the disinfection of air flowing through.
Aus der
Auch aus der
Aus der
Alle genannten Umluftabreinigungsanlagen zeichnen sich aber oftmals durch eine ausgeprägte Geräuschentwicklung aus, da die angesaugte Luft durch eine druckmindernde Abreinigungsstufe, in der Regel ein Filterelement, gefördert werden muss. Dies schränkt jedoch die Einsatzfähigkeit enorm ein.However, all the circulating air cleaning systems mentioned are often characterized by a pronounced noise development, since the sucked-in air has to be conveyed through a pressure-reducing cleaning stage, usually a filter element. However, this limits the usability enormously.
Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass sie sich für die Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft, vorzugsweise mit einem Krankheitserreger wie Corona Virus SARS-CoV-2, Erkältungs- und Grippeviren und anderen ansteckenden viralen Krankheitserregern, einerseits und dabei konzeptionell für den Einsatz in lärmsensiblen Umgebungen eignet.Based on this, one object of the invention is to design a device of the type mentioned at the outset in such a way that it is suitable for the sterilization of air containing aerosols, preferably with a pathogen such as corona virus SARS-CoV-2, cold and flu viruses and other infectious viral pathogens, on the one hand and conceptually suitable for use in noise-sensitive environments.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Hierauf rückbezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen wieder.The object is achieved with a device having the features of
Eine Lösung der Aufgabe basiert auf dem Grundgedanken einer Kombination aus eines lokalen Einfangens der Aerosole an einem Ort mit einer Person, mit mehreren zusammengehörenden Personen (z.B. an einem Restauranttisch) oder einer anderen Aerosolquelle, verbunden mit einer lokalen De-Aktivierung des Virus (Unschädlichmachen) bei gleichzeitig niedrigen Durchströmungswiderstand.A solution to the task is based on the basic idea of a combination of local capture of the aerosols in one place with one person, with several people belonging together (e.g. at a restaurant table) or another aerosol source, combined with local deactivation of the virus (rendering harmless) with simultaneously low flow resistance.
Es wird folglich eine Vorrichtung vorgeschlagen, die aerosolhaltiger Luft aus mindestens einem Absaugvolumen in einem unmittelbaren und lokal abgrenzbaren Umgebungsbereich über mindestens eine Ansaugöffnung lokal einsaugt, in der Vorrichtung sterilisiert und wieder in diesen Umgebungsbereich über mindestens eine Abluftöffnung wieder abgibt. Die Umgebungsbereiche erstrecken sich vorzugsweise im Bereich zwischen 1 bis 4 m weiter bevorzugt säulen- oder kugelförmig um die Vorrichtung. Der Abstand zwischen der Ansaugöffnung und Abluftöffnung beträgt vorzugsweise maximal 1,5 m, weiter bevorzugt maximal 1,0 m.A device is therefore proposed that draws in aerosol-containing air from at least one suction volume in a direct and locally definable surrounding area via at least one suction opening, sterilizes it in the device and releases it again into this surrounding area via at least one exhaust air opening. The surrounding areas preferably extend in the range between 1 and 4 m, more preferably in the form of columns or spheres around the device. The distance between the suction opening and the exhaust air opening is preferably a maximum of 1.5 m, more preferably a maximum of 1.0 m.
Eine Abreinigung der Luft vom Aerosol und/oder von Partikeln steht nicht im Vordergrund, sondern die möglichst effektive Sterilisierung der angesaugten aerosolhaltigen Luft. Abscheidestufen, die einen zusätzlichen Durchströmungswiderstand in der Vorrichtung hervorrufen würden, sind nicht erforderlich. Dennoch werden im Rahmen von einzelnen Ausführungsformen nachfolgend auch Abscheidemittel oder Mittel zur Abtrennung von Strömungsanteilen im Rahmen der Mittel zur Sterilisierung vorgeschlagen, die jedoch ihre Funktion nur im Gesamtkontext der Sterilisierung übernehmen. Das Ziel der gleichzeitig zum Abtrennen laufenden Behandlung ist es, die Viren unschädlich zu machen, so dass keine Infektivität mehr besteht.Cleaning the air from aerosol and/or particles is not the priority, but the most effective sterilization possible of the sucked-in aerosol-containing air. Separation stages, which would cause additional flow resistance in the device, are not required. Nevertheless, within the scope of individual embodiments, separating means or means for separating flow components within the scope of the means for sterilization are also proposed below, which, however, only assume their function in the overall context of sterilization. The aim of the treatment running at the same time as the separation is to render the viruses harmless so that there is no longer any infectivity.
Zur Lösung der Aufgabe wird folglich eine Vorrichtung für die Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft vorgeschlagen, umfassend folgende Komponenten:
- a) mindestens einen Durchströmungskanal mit einem oder mehreren Durchströmungsquerschnitten, vorzugsweise einen Durchströmungskanal mit einem Durchströmungsquerschnitt,
- b) mindestens einem Ventilator zur Erzeugung eines Luftstromes im Durchströmungskanal,
- c) Mittel zur Sterilisierung von mindestens einem Aerosol im Luftstrom,
- d) mindestens einer Ansaugöffnung für die aerosolhaltige Luft in den Durchströmungskanal sowie
- e) mindestens einer Abluftöffnung für einen sterilisierten Luftstrom aus den Durchströmungskanal,
- f) die mindestens eine Ansaugöffnung in mindestens ein Ansaugvolumen einmündet, wobei jedes des mindestens einen Ansaugvolumens jeweils an eine Aerosolquelle angrenzt.
- a) at least one flow channel with one or more flow cross sections, preferably one flow channel with a flow cross section,
- b) at least one fan for generating an air flow in the flow channel,
- c) means for sterilizing at least one aerosol in the air stream,
- d) at least one intake opening for the aerosol-containing air in the flow channel and
- e) at least one exhaust air opening for a sterilized air flow from the flow channel,
- f) the at least one intake opening opens into at least one intake volume, each of the at least one intake volume adjoining an aerosol source.
Lokal heißt in diesem Zusammenhang eine apparative Nähe, vorzugsweise Zusammenfassung von Ansaugung und Ausstoß von der aerosolhaltigen Luft mit der Sterilisierung dieser Luft, vorzugsweise im Umluftbetrieb. Lokal heißt insbesondere auch die apparative Nähe der Vorrichtung zum Ansaugvolumen und zur an diese angrenzende mindestens eine Aerosolquelle als örtliche Abgrenzung zu benachbarte Vorrichtungen/Ansaugvolumina/Aersolquellen mit anderen, vorzugsweise nicht überschneidenden Ansaugvolumina im gleichen Raum. In einem Restaurant bilden z.B. die einzelnen Tische mit an diesen sitzenden Personen (Aerosolquellen) sowie einer auf, über oder unter dem Tisch angeordneten Vorrichtung mit einem dazwischen angeordneten Ansaugvolumen (vorzugsweise über der Tischplatte) ein lokales System, das sich benachbarten gleichartigen Systemen örtlich abgrenzt.In this context, local means a close proximity to the equipment, preferably combining the intake and discharge of the aerosol-containing air with the sterilization of this air, preferably in circulating air mode. Local also means in particular the close proximity of the device to the suction volume and to the at least one aerosol source adjacent to it as a local demarcation to neighboring devices/suction volumes/aerosol sources with other, preferably non-overlapping suction volumes in the same room. In a restaurant, for example, the individual tables with people sitting at them (aerosol sources) and a device arranged on, above or below the table with an intake volume arranged in between (preferably above the tabletop) form a local system that is locally separated from neighboring systems of the same type.
Wesentlich ist, dass die Luft aus dem Volumen mit der lokalen Aerosolquelle angesaugt wird. Das genannte Ansaugvolumen ist folglich das Volumen unmittelbar vor der Ansaugöffnung (Distanz vorzugsweise bis 1 Meter zwischen Ansaugöffnung und Aerosolquelle) und befindet sich im Einströmbereich der Vorrichtung. Ein Ansaugvolumen erfasst ferner mindestens eine der Aerosolquellen, die in das Ansaugvolumen ein Aerosol abgeben. Im Einströmbereich bildet sich eine in Richtung der Ansaugöffnung gerichtete dominierende Strömung.It is essential that the air is sucked in from the volume with the local aerosol source. The intake volume mentioned is consequently the volume directly in front of the intake opening (distance preferably up to 1 meter between intake opening and aerosol source) and is located in the inflow area of the device. An intake volume also captures at least one of the aerosol sources that emit an aerosol into the intake volume. In the inflow area, a dominant flow directed in the direction of the intake opening forms.
Das genannte Ansaugvolumen wird folglich als das begrenzte Volumen unmittelbar vor der Ansaugöffnung mit einem freien Abstand zur Ansaugöffnung von 0,6 m, vorzugsweise 1,0 m, weiter bevorzugt 1,5 m definiert. Sie umfasst vorzugsweise den Volumenbereich zwischen der Ansaugöffnung und der Aerosolquelle. Es steht im fluidischen Kontakt zu einer Aerosolquelle, z.B. einem ausatmenden Menschen, und der Ansaugöffnung als Aerosolsenke. Weiter bevorzugt umfasst ein Ansaugvolumen dabei zumindest das kleinste Kugelvolumen zwischen einer Ansaugöffnung und einer Aerosolquelle, wobei sowohl Ansaugöffnung als auch Aerosolquelle die sphärische Oberfläche des Kugelvolumens berühren.The aforesaid intake volume is consequently defined as the limited volume immediately in front of the intake opening with a free distance from the intake opening of 0.6 m, preferably 1.0 m, more preferably 1.5 m. It preferably includes the volume area between the suction opening and the aerosol source. It is in fluid contact with an aerosol source, e.g. an exhaling person, and the intake opening as an aerosol sink. More preferably, a suction volume comprises at least the smallest sphere volume between a suction opening and an aerosol source, with both the suction opening and the aerosol source touching the spherical surface of the sphere volume.
Der mindestens eine Durchströmungskanal verbindet, vorzugsweise aus- oder einleitende Abzweigung, die mindestens eine Ansaugöffnung mit der mindestens einen Abluftöffnung. Der mindestens eine Durchströmungskanal weist an jeder Stelle (in Summe) einen Durchströmungsquerschnitt auf, der nicht zwingend einheitlich konstant sein muss. Der Durchströmungskanal ist ganz oder zum überwiegenden Teil, d.h. in mindestens einem Abschnitt vorzugsweise vertikal ausgerichtet. Zugunsten eines geringen Strömungswiderstands wird eine vorzugsweise geradlinige Ausgestaltung vorgeschlagen, weist aber je nach nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen und Ausgestaltung der Mittel zur Sterilisierung auch Strömungsumlenkungsbereiche auf. Unten liegende Strömungsumlenkungsbereiche sind zudem als Sammelbereiche, vorzugsweise Sammelbehälter für abgeschiedene Aerosolbestandteile und/oder Partikel ausgestaltbar.The at least one flow channel connects, preferably an outgoing or incoming branch, the at least one intake opening with the at least one exhaust air opening. The at least one through-flow channel has a through-flow cross section at each point (total), which does not necessarily have to be uniformly constant. The through-flow channel is oriented entirely or for the most part, i.e. in at least one section, preferably vertically. In favor of a low flow resistance, a preferably rectilinear configuration is proposed, but depending on the embodiments described below and the configuration of the means for sterilization, it also has flow deflection areas. Flow deflection areas located below can also be designed as collection areas, preferably collection containers for separated aerosol components and/or particles.
Eine Auffächerung oder Unterteilung in mehrere Durchströmungskanäle (Teilkanäle) und/oder Zusammenführung aus mehreren Durchströmungskanälen (Teilkanälen) zwischen der mindestens einen Ansaugöffnung und der mindestens einen Abluftöffnung fallen in den Rahmen der Erfindung. Vorzugsweise verlässt auch dann die angesaugte Luftmenge grundsätzlich und abgesehen von im Durchströmungskanal vorrübergehend abgeschiedene Aerosolbestandteilen und/oder den durch die Vorrichtung unschädlich gemachten Aerosolen und/oder Partikeln die Vorrichtung nur über die mindestens einen Abluftöffnung wieder.A fanning out or subdivision into several flow channels (partial channels) and/or a combination of several flow channels (partial channels) between the at least one intake opening and the at least one exhaust air opening fall within the scope of the invention. In principle and apart from aerosol components temporarily separated in the through-flow channel and/or the aerosols and/or particles rendered harmless by the device, the sucked-in quantity of air then preferably leaves the device again only via the at least one exhaust air opening.
Grundsätzlich umfasst die Erfindung folgende Ausführungsgrundformen der Mittel zur Sterilisierung:
- - Mittel zur Sterilisierung, die auf den zu sterilisierenden Luftstrom direkt und auf abgeschiedene Aerosolbestandteile einwirken, ein- oder mehrstufig. Die Mittel umfassen zusätzlich Mittel zur Abtrennung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon aus dem Luftstrom. Diese Mittel zur Abtrennung dienen vorzugsweise der selektiven und temporären Fixierung von Aerosolbestandteilen für eine nachfolgende Sterilisierung. Sie sind nicht für eine Abtrennung von Staubpartikeln oder anderen festen Bestandteilen vorgesehen.
- - Mittel zur Sterilisierung, die auf den zu sterilisierenden Luftstrom direkt einwirken, ein- oder mehrstufig, aber ohne die vorgenannten Mittel zur Abtrennung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon aus dem Luftstrom.
- - Means for sterilization, which act directly on the air flow to be sterilized and on the separated aerosol components, in one or more stages. The means also include means for separating the at least one aerosol or parts thereof from the air flow. These means for separation are preferably used for the selective and temporary fixation of aerosol components for subsequent sterilization. They are not intended for separating dust particles or other solid components.
- - Means for sterilization, which act directly on the air flow to be sterilized, in one or more stages, but without the aforementioned means for separating the at least one aerosol or parts thereof from the air flow.
Die Mittel zur Sterilisierung weisen je nach Ausführungsform einen Wirkbereich im Durchströmungskanal und/oder über die Abscheideflächen auf. Sie sind weiterhin wie folgt ausgestaltbar und umfassen folglich mindestens eines der folgenden Mittel:
- - Heizmittel mit Wirkbereich im Durchströmungskanal,
- - UV-Lichtquelle, vorzugsweise eine UVC-Lichtquelle, mit Wirkbereich im Durchströmungskanal,
- - Mittel für eine Plasmaentladung mit Wirkbereich im Durchströmungskanal, und/oder
- - mindestens eine Mikrowellenquelle mit Wirkbereich im Durchströmungskanal.
- - heating medium with effective range in the flow channel,
- - UV light source, preferably a UVC light source, with an effective area in the flow channel,
- - Means for a plasma discharge with an effective area in the flow channel, and/or
- - At least one microwave source with effective range in the flow channel.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsformen und -beispielen, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Alle dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele und deren Ausgestaltungen begrenzt. Vielmehr sollen diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar angesehen werden. Es zeigen
-
1a und b schematisch eine beispielhafte Anordnung einer Ausführungsform der Vorrichtung in seitlicher Ansicht (a) und Draufsicht (b), -
2a bisc schematische Querschnittsansichten von bevorzugten Ausgestaltungen für eine Anordnung nach1a und b, -
3 eine schematische Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausgestaltung für eine Anordnung auf einer Tischplatte, -
4a und b schematisch beispielhafte Unterfluranordnungen von Ausführungsformen der Vorrichtung in seitlicher Ansicht, -
5 schematisch eine beispielhafte weitere Ausführungsform, bei der die mindestens eine Abluftöffnung direkt in das mindestens eine Ansaugvolumen ausmündet, -
6a und b schematisch weitere Ausführungsform gemäß1a und b, jedoch umfassend mindestens ein Mittel zur Umlenkung des Luftstroms aus der Abluftöffnung in Richtung der mindestens einen Ansaugöffnung, -
7a und b schematisch beispielhafte Mittel zur Sterilisierung, umfassend eine elektrostatische Abscheidung für das Aerosol, -
8a und b schematisch beispielhafte Mittel zur Sterilisierung, umfassend eine Abscheidung für das Aerosol mittels Massenkraftabscheider und/oder eine den Durchströmungsquerschnitt überspannende Filterfläche, -
9a bisd in schematischen Schnittdraufsichten über den Durchströmungsquerschnitt des Durchströmungskanals beispielhafte Mittel zur Sterilisierung, umfassend umströmbare Elemente sowie -
10a und b eine besonders bevorzugte Ausführungsform mit einer Ausgestaltung der Mittel zur Sterilisierung mittels UVC LED und Abwärmeleitblechen.
-
1a and b schematically an exemplary arrangement of an embodiment of the device in side view (a) and top view (b), -
2a untilc Schematic cross-sectional views of preferred configurations for an arrangement1a and b, -
3 a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment for an arrangement on a table top, -
4a and b schematic exemplary underfloor arrangements of embodiments of the device in a side view, -
5 schematically an exemplary further embodiment, in which the at least one exhaust air opening opens directly into the at least one intake volume, -
6a and b schematically further embodiment according to1a and b, but comprising at least one means for deflecting the air flow from the exhaust air opening in the direction of the at least one intake opening, -
7a and b schematically exemplary means for sterilization, comprising an electrostatic separation for the aerosol, -
8a and b schematically exemplary means for sterilization, comprising a separation for the aerosol by means of an inertial force separator and/or a filter surface spanning the flow cross section, -
9a untili.e in schematic sectional plan views over the flow cross-section of the flow channel, exemplary means for sterilization, comprising elements that can be flowed around, and -
10a and b a particularly preferred embodiment with an embodiment of the means for sterilization by means of UVC LEDs and waste heat conducting plates.
Im Rahmen einer durch
Ferner befinden sich in den Gehäusen im Durchströmungskanal 13 die Mittel zur Sterilisierung 10 der durchströmenden aerosolhaltigen Luft, die wiederum mit Pfeilen angeordnet sind. Die Mittel zur Sterilisierung sind ein- oder mehrstufig.Also located in the housings in the
Eine bevorzugte Ausgestaltung hierzu umfasst ein in
Im Rahmen einer bevorzugten weiteren Ausführungsform gemäß
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung hierzu sieht vor, die nach oben hin offene Ansaugöffnung 4 unter Bildung eines umlaufenden Ansaugspalts 21 mit einem Abdeckelement beabstandet zur Boden-, Tisch- oder Arbeitsplatte 2 abzudecken. Bei einem Tisch ist dieses Abdeckelement vorzugsweise eine Abdeckplatte 8, die als Abstellmöglichkeit z.B. für Speisen nutzbar ist (
Grundsätzlich ist die Abluftöffnung auch an ein Abluftkanalsystem anschließbar, wobei der Ventilator Teil des Abluftkanalsystems ist.In principle, the exhaust air opening can also be connected to an exhaust air duct system, with the fan being part of the exhaust air duct system.
Allgemein ist der mindestens eine Ventilator 7 im Durchströmungskanal 13 vorzugsweise zwischen den Mitteln zur Sterilisierung 10 und Abluftöffnung 6 und/oder an der Abluftöffnung 6 angeordnet. An dieser Stelle in der Vorrichtung ist das Geräusch des Ventilators am besten abschirmbar.In general, the at least one
In vorteilhafter Weise wird der Ventilator ausschließlich von dem sterilisierten Luftstrom angeströmt. Damit wird aber auch ein allgemeines Ziel der Erfindung verfolgt, dass der angesaugte nicht sterilisierte Luftstrom direkt den Mitteln für die Sterilisierung zugeführt wird, ohne in Kontakt mit anderen Elementen, wie z.B. Filterelementen oder eben Strömungsleitelementen des Ventilators. Damit reduziert sich auch die erforderlichen Desinfektionsintervalle der Vorrichtung.Advantageously, only the sterilized air stream flows against the ventilator. However, this also pursues a general aim of the invention, namely that the sucked-in, non-sterilized air flow is fed directly to the means for sterilization without coming into contact with other elements, such as filter elements or flow-guiding elements of the ventilator. This also reduces the required disinfection intervals of the device.
Der Ventilator ist grundsätzlich auch als Mantelstromventilator gestaltbar, der vorzugsweise zentral im Durchströmungskanal eingesetzt ist und nicht den gesamten Strömungsquerschnitt einnimmt. Er wird folglich von dem Luftstrom nicht nur durchdrungen wird, sondern auch umströmt und erzeugt er einen zentralen Luftstrom, der dann die umgebenden Luftstrombereiche durch den Durchströmungskanal, vorzugsweise aus der Abluftöffnung mitnimmt. Das Strömungsprofil ist folglich im Durchströmungsquerschnitt im Bereich des Mantelstromventilators maximal und nimmt dann zu den Wandungen des Durchströmungskanals und damit der Abluftöffnung ab, womit nicht nur ein leiserer Betrieb, sondern auch grundsätzlich geringere Turbulenzen bei Austritt der sterilisierten aerosolhaltigen Luft realisierbar sind. Dies dient insbesondere dem Komfort der sich in der Nähe der Vorrichtung aufhaltenden Personen.In principle, the fan can also be designed as a sheath flow fan, which is preferably used centrally in the flow channel and does not take up the entire flow cross section. It is consequently not only penetrated by the air flow, but also flows around it and generates a central air flow, which then takes the surrounding air flow areas through the flow channel, preferably out of the exhaust air opening. The flow profile is therefore maximum in the flow cross-section in the area of the ducted fan and then decreases towards the walls of the flow channel and thus the exhaust air opening, which means that not only quieter operation but also fundamentally lower turbulence when the sterilized aerosol-containing air exits can be achieved. This serves in particular for the comfort of the people in the vicinity of the device.
Eine bevorzugte weitere Ausführungsform repräsentiert
Das in
Grundsätzlich entspricht die in
Eine bevorzugte weitere Ausführungsform repräsentieren
Die Mittel zur Umlenkung umfassen mindestens ein Umlenkblech 20 oder mindestens einen nicht weiter dargestellten Umlenkkanal (z.B. Umlenkschläuche, vorzugsweise in der Richtung einstellbar) vorzugsweise der Abluftöffnung 6 in Strömungsrichtung weiter bevorzugt unmittelbar nachgelagert. Dies bedeutet, dass der sterilisierte Luftstrom die Abreinigung mit der Abluftöffnung verlässt und für ihn damit vor Erreichen des Ansaugvolumens 14 trotz der Mittel zur Umlenkung die Möglichkeit einer Vermischung mit der vorherrschenden Umgebungsluft gegeben ist.The means for deflection comprise at least one deflection plate 20 or at least one deflection duct (e.g. deflection hoses, preferably adjustable in direction), preferably immediately downstream of the
Eine spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass die Mittel zur Umlenkung 19 direkt in das mindestens eine Ansaugvolumen 14, weiter bevorzugt in das Ansaugvolumen, aus dem der umgelenkte sterilisierte Luftstrom ursprünglich herkommt, ausmünden oder gerichtet sind. Der Luftstrom wird hier abseits der Aerosolquelle direkt zum mindestens einen Ansaugvolumen gelenkt. Bei einem Tisch mit einer mittig über diesem angeordneten Vorrichtung (vgl. auch
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Aerosolquellen zwischen den Mitteln zur Umlenkung 19 und der mindestens einen Ansaugöffnung 4 positioniert sind. Bei einem Tisch mit einer mittig über dieser angeordneten Vorrichtung bedeutet dies, dass der umgelenkte sterilisierte Luftstrom nach unten, aber hinter die Köpfe der am Tisch sitzenden Personen 3 gelenkt wird (vgl.
Nachfolgend werden Ausgestaltungen der Mittel zur Sterilisierung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon im Luftstrom näher erläutert.Configurations of the means for sterilizing the at least one aerosol or parts thereof in the air flow are explained in more detail below.
Erste Ausgestaltungen der Mittel zur Sterilisierung umfassen zusätzlich Mittel zur Abtrennung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon im Luftstrom. Diese Mittel zur Abtrennung dienen vorzugsweise der selektiven und temporären Fixierung von Aerosolbestandteilen für eine nachfolgende Sterilisierung. Sie sind nicht für eine Abtrennung von Staubpartikeln oder anderen festen Bestandteilen vorgesehen.First configurations of the means for sterilization also include means for separating the at least one aerosol or parts thereof in the air flow. These means for separation are preferably used for the selective and temporary fixation of aerosol components for subsequent sterilization. They are not intended for separating dust particles or other solid components.
Eine Ausgestaltung dieser Mittel zur Sterilisierung, repräsentiert durch
Dagegen repräsentiert
Die dargestellten Konstellationen eignen sich insbesondere für eine Sterilisierung mittels elektrostatischem Plasmafeld über den Abscheideflächen oder den Abscheidebereichen, alternativ auch für eine thermische Sterilisation mittels Erhitzung der Abscheideflächen z.B. mittels Mikrowelle.The constellations shown are particularly suitable for sterilization using electro static plasma field over the separation surfaces or the separation areas, alternatively also for thermal sterilization by heating the separation surfaces, for example using a microwave.
Ergänzend oder alternativ hierzu wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil der mindestens einen vorgenannten Abscheidefläche Kühlmittel (vorzugsweise fluidisch über Kühlmittelkreisläufe oder elektrisch über Peltierelemente) für eine Oberflächentemperatur aufweist. Durch diese wird die Oberflächentemperatur der Abscheideflächen heruntergekühlt, vorzugsweise unter 10°C, weiter bevorzugt unter 0°C. Mit einer Abkühlung wird je nach eingestellter Temperatur Kondensation oder Reifbildung und damit eine Anbindung von Aerosolbestandteilen beim Auftreffen auf einer Abscheidefläche beschleunigt und eine Wiederablösung von jener durch Verdampfung oder Sublimation in vorteilhafter Weise verzögert.In addition or as an alternative to this, it is proposed that at least part of the at least one aforementioned separation surface has coolant (preferably fluidly via coolant circuits or electrically via Peltier elements) for a surface temperature. This cools down the surface temperature of the separation surfaces, preferably below 10°C, more preferably below 0°C. Depending on the set temperature, cooling accelerates the formation of condensation or frost and thus the attachment of aerosol components when they hit a separation surface, and detachment from the surface again by evaporation or sublimation is advantageously delayed.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, die auf der mindestens einen Abscheidefläche 24 fixierten Aerosolbestandteile dort auch zu sterilisieren, wobei diese nach, vorzugsweise aber während der Sterilisierung verdampfen oder sublimieren und so die Abscheidefläche sterilisiert verlassen.Provision is preferably made for the aerosol components fixed on the at least one separating surface 24 to also be sterilized there, with these evaporating or sublimating after, but preferably during, the sterilization and thus leaving the separating surface sterilized.
Eine weitere Ausgestaltung der Mittel zur Abtrennung repräsentiert
In einer in
Zur Abschirmung der Umgebung gegenüber aus dem Durchströmungskanal 13 austretender UV-Strahlung sind beidseitig der UV Strahlungsquellen 32 zusätzliche lichtdichte, aber durchströmbare offenporige Schaumelemente 33, vorzugsweise als Metallschaumelemente ausgestaltet, angeordnet.To shield the environment from UV radiation escaping from the through-
Die vorgenannten durchströmbaren offenporigen Schaumelemente sind in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung heizbar, vorzugsweise als Metallschaumelemente mittels Widerstandsheizung oder mit einer Mikrowellenquelle, gestaltet. Sie dienen damit als alternative oder zusätzliche Sterilisationsstufe, wobei die Porenflächen ebenso als temporäre Abscheidestufen für Aerosolbestandteile heranziehbar sind.In a further preferred embodiment, the aforementioned open-pored foam elements through which fluid can flow can be heated, preferably designed as metal foam elements by means of resistance heating or with a microwave source. They serve as an alternative or additional sterilization stage, whereby the pore surfaces can also be used as temporary separation stages for aerosol components.
Die Abscheidebereiche oder zusätzlichen Abscheideflächen werden bevorzugt in den Bereichen der lokalen Anreicherungen der Aerosolbestandteile positioniert. Die Massenkraftabscheider und/oder die Filterflächen dienen als Abscheideflächen, im Gegensatz zu Stand der Technik nicht der dauerhaften Fixierung und Entnahme, sondern der temporären Fixierung von Aerosolbestandteilen für die nachfolgende Sterilisierung.The separation areas or additional separation areas are preferably positioned in the areas of local accumulation of the aerosol components. The mass force separators and/or the filter surfaces serve as separation surfaces, in contrast to the prior art not for the permanent fixation and removal, but for the temporary fixation of aerosol components for the subsequent sterilization.
Ferner wird hierbei vorzugsweise vorgeschlagen, dass der mindestens eine Massenkraftabscheider und/oder die Filterfläche mindestens eine eigene Abscheidefläche für das mindestens eine Aerosol bilden oder aufweist.Furthermore, it is preferably proposed here that the at least one mass force separator and/or the filter surface form or have at least one separate separation surface for the at least one aerosol.
Die vorgenannten Mittel zur Abtrennung, insbesondere die bevorzugten Abscheideflächen oder Abscheidebereiche sind Teil der Mittel zur Sterilisierung. Damit wird die Idee verfolgt, das Aerosol zunächst zu separieren und/oder zu fixieren, um dann anschließend mit Hilfe der nachfolgenden Mittel zu sterilisieren. Die mit diesen kombinierbaren Mittel zur Sterilisierung sind vorzugsweise:
- a) ein elektrostatisches Plasmafeld über den Abscheideflächen oder den Abscheidebereichen (vgl. insbes.
7a und b), und/oder - b) ein Aufheizmittel zur Erhitzung des durchströmenden Mediums, d.h. der Luft und des Aerosols, vorzugsweise im Abscheidebereich, vorzugsweise auch Erhitzung der mindestens einen Abscheidefläche auf eine Temperatur von über 40 °C, vorzugsweise größer 70°C,
- c) mindestens eine UV Strahlungsquelle (vorzugsweise UVC Strahlungsquelle), vorzugsweise UV- oder UVC-LEDs oder eine Gasentladungslampe (vorzugsweise eine Quecksilber-Gasentladungslampe) umfassend, mit einer Wellenlänge zwischen 180 und 410 nm, vorzugsweise zwischen 220 und 280 nm, vorzugsweise auf die Abscheideflächen oder Abscheidebereiche gerichtet (vgl. insbes.
8a und b),
- d) eine Mikrowellenquelle zur Erhitzung der mindestens einen Abscheidefläche oder des Abscheidebereiches.
- a) an electrostatic plasma field over the separation surfaces or the separation areas (see esp.
7a and b), and/or - b) a heating means for heating the medium flowing through, ie the air and the aerosol, preferably in the separation area, preferably also heating the at least a separation surface at a temperature of more than 40 °C, preferably more than 70 °C,
- c) comprising at least one UV radiation source (preferably UVC radiation source), preferably UV or UVC LEDs or a gas discharge lamp (preferably a mercury gas discharge lamp), with a wavelength between 180 and 410 nm, preferably between 220 and 280 nm, preferably on the Separation surfaces or separation areas directed (cf. esp.
8a and b)
- d) a microwave source for heating the at least one separating surface or the separating area.
Die genannten Mittel sind im Betriebszustand vorzugsweise mit konstanter Last oder Einstellung aktiviert, alternativ pulsweise, zyklisch oder in Intervallen.In the operating state, the means mentioned are preferably activated with a constant load or setting, alternatively in pulses, cyclically or at intervals.
Die unter b) und d) genannten Mittel zur Sterilisierung zeichnen sich gegenüber den a) und c) genannten Mitteln durch eine erhöhte Temperaturemission aus, weswegen sie insbesondere für Wärmeunempfindliche Umgebungen vorgeschlagen werden. Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, diese Mittel mit anderen Mitteln, vorzugsweise die unter c) genannte UV-Sterilisierung zu kombinieren. Hier dienen die unter b) und d) genannten Mittel auf ein niedrigeres Temperaturniveau z.B. zwischen 30 und 50°C einjustiert, lediglich der Vorschädigung durch einsetzende Trocknung der keimbelasteten Aerosole und damit zur Effizienzsteigerung einer nachfolgenden UV-Sterilisierung.The means for sterilization mentioned under b) and d) are distinguished from the means mentioned a) and c) by an increased temperature emission, which is why they are proposed in particular for environments that are not sensitive to heat. As an alternative to this, it is proposed to combine these agents with other agents, preferably the UV sterilization mentioned under c). Here, the agents mentioned under b) and d) are adjusted to a lower temperature level, e.g. between 30 and 50°C, only for pre-damaging through the onset of drying of the aerosols contaminated with germs and thus for increasing the efficiency of a subsequent UV sterilization.
Ferner werden auch Mittel zur Sterilisierung ohne die vorgenannten Mittel zur Abtrennung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon im Luftstrom vorgeschlagen. Die Wirkbereiche dieser Mittel überspannt dabei vorzugsweise an mindestens einer Stelle den Durchströmungsquerschnitt oder im Falle einer Auffächerung dieses die Durchströmungsquerschnitte vollständig. Diese Mittel zur Sterilisierung, die alleinig oder in Kombination miteinander vorgeschlagen werden, sind folgende:
- a) Mindestens ein Heizmittel mit Wirkbereich im Durchströmungskanal:
- Ziel hierbei ist die möglichst vollständige konvektive Aufheizung des vollständigen Luftstroms über den gesamten Durchströmungsquerschnitt im unmittelbaren Kontakt mit Heizelementen oder zusätzlichen Wärmeübertragungselementen. Gegenüber allgemein bekannten Heißluftgebläsen (Heizlüfter, Föns etc.) zeichnet sich dieses Heizmittel durch eine maximale Temperatur der Heizelemente oder zusätzlichen Wärmeübertragungselemente unterhalb 100°C, vorzugsweise unter 70 oder 50°C aus. Um eine vollständige Erwärmung zu gewährleisten, sind im Durchströmungskanal zur Realisierung kürzerer Wärmeübertragungswege in den Luftstrom zumindest eine Auffächerung des Luftstroms in Teilkanäle vorteilhaft. Dies erfordert zumindest anströmbare oder umströmbare Elemente 34 im Durchströmungskanal, von denen einige beispielhaft in den Draufsichten über den Durchströmungsquerschnitt in
9a bisd schematisch dargestellt sind.9a repräsentiert ein Schaumelement 33, vorzugsweise ein Metallschaumelement (vgl.8b) , während beispielhafte9b bisd Profileinsätze zeigen, die sich vorzugsweise in axialer Richtung des rohrförmigen Gehäuses 5 nicht oder nur mit einer Schraubenförmigen Verdrehung ändern. Das mindestens eine Heizmittel umfasst dabei vorzugsweise mindestens ein Widerstandheizelement mit oder ohne Wärmeübertragungselemente, das als mindestens ein anströmbares oder umströmbares Element 34 der vorgenannten Art im Durchströmungskanal weiter bevorzugt von der Luftströmung an- oder umströmbar angeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt eine Wärmeübertragung über Wärmeableitungsrippen oder einen offenporigen Metallschaum (Schaumelement 33,9a) oder ein Sieb oder Siebgewebe im Durchströmungskanal (beispielhaft die in9b bisd gezeigten Profileinsätze), als Komponenten dieser Heizmittel, wobei diese entweder durch direkten Stromdurchgang oder über angesetzte Heizelemente aufheizbar gestaltet sind. Die vorgenannten Wärmeableitungsrippen erstrecken sich vorzugsweise in Richtung der Luftströmung und/oder sind vorzugsweise als Strömungsleitungselemente ausgebildet. Eine optionale Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, die Strömungsleitelemente mit Strömungsabrisselementen oder -kanten zur Erzeugung lokaler Turbulenzen, die in ihrer Ausdehnung vorzugsweise nicht auf den gesamten Strömungsquerschnitt erstrecken, in einer ansonsten bevorzugt laminaren Grundströmung auszugestalten. Strömungsabrisselemente sind bei einem offenporigen Metallschaum oder einem Siebgewebe allein durch deren komplexe Struktur gegeben. Turbulenzen dienen insbesondere dem Abbau der thermisch isolierenden Strömungsgrenzflächen auf einer angeströmten Oberfläche und erhöhen damit die erzielbare Wärmeübertragung. Dagegen erhöhen großvolumige Turbulenzen, die sich auf den gesamten Strömungsquerschnitt oder einen gesamten Teilquerschnitt erstrecken und/oder die ansonsten vorherrschende laminare Strömung dominieren, grundsätzlich auch die Gefahr von Refluxeffekten und damit ungewollte Vermischungen von sterilisierten und nicht sterilisierten Aerosolbestandteilen und/oder auch eine ungleichmäßige Wärmeübertragung auf die Aerosolbestandteile.
- Ziel hierbei ist die möglichst vollständige konvektive Aufheizung des vollständigen Luftstroms über den gesamten Durchströmungsquerschnitt im unmittelbaren Kontakt mit Heizelementen oder zusätzlichen Wärmeübertragungselementen. Gegenüber allgemein bekannten Heißluftgebläsen (Heizlüfter, Föns etc.) zeichnet sich dieses Heizmittel durch eine maximale Temperatur der Heizelemente oder zusätzlichen Wärmeübertragungselemente unterhalb 100°C, vorzugsweise unter 70 oder 50°C aus. Um eine vollständige Erwärmung zu gewährleisten, sind im Durchströmungskanal zur Realisierung kürzerer Wärmeübertragungswege in den Luftstrom zumindest eine Auffächerung des Luftstroms in Teilkanäle vorteilhaft. Dies erfordert zumindest anströmbare oder umströmbare Elemente 34 im Durchströmungskanal, von denen einige beispielhaft in den Draufsichten über den Durchströmungsquerschnitt in
- b) UV-Lichtquellen mit Wirkbereich im Durchströmungskanal: Ziel ist die Erfassung der gesamten durch den Durchströmungskanal durchgeleiteten Luftstrom durch die UV-Lichtquelle, vorzugsweise eine UVC-Lichtquelle, wobei die aerosolhaltige Luft direkt angestrahlt wird. Vorzugsweise werden hierzu mindestens eine UV-Lichtquelle im Durchströmungskanal angeordnet. Der Wirkbereich dieser UV-Lichtquellen befindet sich im Durchströmungskanal und erfasst vorzugsweise insgesamt, weiter bevorzugt für jede dieser UV-Quelle einen vollständigen und vorzugsweise auch einen eigenen Durchströmungsquerschnitt, was eine in Durchströmungsrichtung serielle Anordnung der Quellen als besonders bevorzugte Ausführungsform hervorhebt. Vorzugsweise sind für eine Vermeidung einer unzulässig hohen Exposition an UV-Strahlung in der unmittelbaren Umgebung die UV-Lichtquellen und/oder die Wirkbereiche dieser optisch von der Ansaugöffnung und vorzugsweise von der Abluftöffnung abgeschirmt.
- c) mindestens ein Mittel für eine Plasmaentladung mit Wirkbereich im Durchströmungskanal:
- Ziel ist die Erfassung der gesamten durch den Durchströmungskanal durchgeleiteten Luftstrom durch die Plasmaentladung, wobei die aerosolhaltige Luft wie bei der UV-Strahlung direkt angestrahlt wird. Vorzugsweise werden hierzu mindestens eine Plasmaentladung zwischen mindestens zwei Elektroden, die optional auch als elektrisch isolierte oder vorzugsweise elektrisch leitfähige Strömungsleitflächen gestaltbar sind, im Durchströmungskanal angeordnet. Optional werden auch mehrere Plasmaentladungen im Durchströmungskanal vorzugsweise seriell, bei einer Auffächerung in Teilkanäle auch parallel vorgeschlagen. Deren Wirkbereiche befinden sich im Durchströmungskanal und erfassen vorzugsweise insgesamt, weiter bevorzugt für jede dieser Plasmaentladung einen vollständigen und vorzugsweise auch eigenen Durchströmungsquerschnitt, was eine in Durchströmungsrichtung serielle Anordnung der Plasmaentladungsquellen als besonders bevorzugte Ausführungsform hervorhebt.
- d) mindestens eine Mikrowellenquelle mit Wirkbereich im Durchströmungskanal:
- Ziel ist die Erfassung der gesamten durch den Durchströmungskanal durchgeleiteten Luftstrom durch die Mikrowellenquelle, wobei die aerosolhaltige Luft angestrahlt wird und durch die Mikrowellen erwärmt wird. Die Mikrowellen erwärmend dabei entweder das Aerosol in der Luft direkt oder indirekt über angestrahlte Wärmeleitelemente, die in ihrer Ausgestaltung, insbesondere ihrer Materialauswahl, hinsichtlich ihrer Ankopplungseigenschaften an die eingestrahlte Mikrowellenlänge angepasst sind.
- a) At least one heating medium with an effective range in the flow channel:
- The aim here is the most complete possible convective heating of the entire air flow over the entire flow cross section in direct contact with heating elements or additional heat transfer elements. Compared to well-known hot air blowers (fan heaters, hair dryers, etc.), this heating means is characterized by a maximum temperature of the heating elements or additional heat transfer elements below 100°C, preferably below 70 or 50°C. In order to ensure complete heating, at least a fanning out of the air flow into sub-channels is advantageous in the through-flow channel to realize shorter heat transfer paths in the air flow. This requires at least elements 34 that can be flown onto or around in the flow channel, some of which are shown as examples in the top views of the flow cross section in
9a untili.e are shown schematically.9a represents afoam element 33, preferably a metal foam element (cf.8b) , while exemplary9b untili.e Show profile inserts that preferably do not change in the axial direction of thetubular housing 5 or only with a helical twist. The at least one heating means preferably comprises at least one resistance heating element with or without heat transfer elements, which is arranged as at least one element 34 of the aforementioned type that can flow against or around it in the through-flow channel, more preferably so that the air flow can flow against or around it. Heat is preferably transferred via heat dissipation ribs or an open-pored metal foam (foam element 33,9a) or a screen or screen fabric in the flow channel (example the in9b untili.e profile inserts shown), as components of these heating means, whereby these are designed to be heated either by direct current passage or by means of attached heating elements. The aforementioned heat dissipation ribs preferably extend in the direction of the air flow and/or are preferably designed as flow guide elements. An optional configuration provides, for example, for the flow guide elements to be designed with flow breakaway elements or edges to generate local turbulence, which preferably does not extend to the entire flow cross section, in an otherwise preferably laminar basic flow. In the case of an open-pored metal foam or a screen fabric, stall elements are given solely by their complex structure. Turbulence serves in particular to break down the thermally insulating flow boundary surfaces on a surface that is subjected to the flow and thus increase the heat transfer that can be achieved. On the other hand, large-volume turbulences that extend to the entire flow cross-section or an entire partial cross-section and/or increase the otherwise prevailing lami nare flow dominate, in principle also the risk of reflux effects and thus unwanted mixing of sterilized and non-sterilized aerosol components and / or uneven heat transfer to the aerosol components.
- The aim here is the most complete possible convective heating of the entire air flow over the entire flow cross section in direct contact with heating elements or additional heat transfer elements. Compared to well-known hot air blowers (fan heaters, hair dryers, etc.), this heating means is characterized by a maximum temperature of the heating elements or additional heat transfer elements below 100°C, preferably below 70 or 50°C. In order to ensure complete heating, at least a fanning out of the air flow into sub-channels is advantageous in the through-flow channel to realize shorter heat transfer paths in the air flow. This requires at least elements 34 that can be flown onto or around in the flow channel, some of which are shown as examples in the top views of the flow cross section in
- b) UV light sources with an effective range in the flow channel: The aim is to record the entire air flow passed through the flow channel using the UV light source, preferably a UVC light source, with the aerosol-containing air being irradiated directly. For this purpose, at least one UV light source is preferably arranged in the flow channel. The effective range of these UV light sources is located in the flow channel and covers preferably a total, more preferably a complete and preferably also a separate flow cross section for each of these UV sources, which emphasizes a serial arrangement of the sources in the flow direction as a particularly preferred embodiment. In order to avoid unacceptably high exposure to UV radiation in the immediate vicinity, the UV light sources and/or the effective areas of these are preferably optically shielded from the suction opening and preferably from the exhaust air opening.
- c) at least one means for a plasma discharge with an effective area in the flow channel:
- The aim is to capture the entire air flow conducted through the flow channel by the plasma discharge, with the aerosol-containing air being irradiated directly, as with UV radiation. For this purpose, at least one plasma discharge is preferably arranged between at least two electrodes, which can optionally also be configured as electrically insulated or preferably electrically conductive flow guide surfaces, in the flow channel. Optionally, a plurality of plasma discharges in the through-flow channel are also proposed, preferably in series, and also in parallel when fanned out into sub-channels. Their effective areas are located in the flow channel and preferably cover a complete and preferably separate flow cross section for each of these plasma discharges, which emphasizes a serial arrangement of the plasma discharge sources in the flow direction as a particularly preferred embodiment.
- d) at least one microwave source with an effective range in the flow channel:
- The aim is to use the microwave source to record the entire air flow passed through the flow channel, with the aerosol-containing air being irradiated and heated by the microwaves. The microwaves either heat the aerosol in the air directly or indirectly via radiated heat-conducting elements, which are adapted in terms of their design, in particular their material selection, to the radiated microwave length with regard to their coupling properties.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeigt
Vorzugsweise weisen die mindestens eine UV-Lichtquelle und die Heizmittel seriell angeordnete Wirkbereiche auf. Weiter bevorzugt werden im Durchströmungskanal mehrere UV-Lichtquellen und anschließend mindestens ein Heizmittel seriell angeordnet, wobei jeder dieser Wirkbereiche weiter bevorzugt den gesamten Durchströmungsquerschnitt überspannen.The at least one UV light source and the heating means preferably have active areas arranged in series. More preferably, several UV light sources and then at least one heating means are arranged in series in the flow channel, with each of these effective areas more preferably spanning the entire flow cross section.
Es wird optional vorgeschlagen, zusätzlich mindestens ein Peltierelement als elektrothermischen Wandler auf dem Schaltungsträger 36 zwischen Schaumelement 33 und Kühlrippen 38 in der Weise anzuordnen, dass der wärmeaufnehmende Pol des Peltierelements mit dem Schaumelement gekoppelt und der wärmeabgebende Pol des Peltierelements mit den Kühlrippen gekoppelt ist. Damit wird dem Luftstrom aus dem Schaumelement und damit dem die Abluftöffnung verlassenden sterilisierten Luftstrom Wärme entzogen, die dann als zusätzliche Aufheizung des über die Ansaugöffnung eingezogenen nicht sterilisierten Luftstroms über die Kühlrippen zusätzlich hinzugefügt wird.It is optionally proposed to additionally arrange at least one Peltier element as an electrothermal converter on
Die Abwärme der UV-Lichtquellen wird somit in besonders vorteilhafter Weise für eine weitere Sterilisation des Luftstroms nutzbar. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht im Rahmen dessen vor, die mindestens eine UV Lichtquelle und die Wärmeableitungsstruktur auf mindestens einem Schaltungsträger wie z.B. einer Platine im oder am Durchströmungsquerschnitt anzuordnen, wobei weiter bevorzugt die mindestens eine UV Lichtquelle auf einer Seite und die Wärmeableitungsstruktur auf der anderen Seite des mindestens einen Schaltungsträger angeordnet sind und der Durchströmungskanal an beiden Seiten des Schaltungsträger angrenzt.The waste heat from the UV light sources can thus be used in a particularly advantageous manner for further sterilization of the air flow. A particularly preferred embodiment provides for the at least one UV light source and the heat dissipation structure to be arranged on at least one circuit carrier such as a circuit board in or on the flow cross section, with more preferably the at least one UV light source on one side and the heat dissipation structure on the other side of the at least one circuit carrier are arranged and the flow channel is adjacent to both sides of the circuit carrier.
Die Ausgestaltung des in
Damit eignet sich diese Ausführungsform besonders gut für eine Integration in eine Vorrichtung, die als mobiles Tischgerät einsetzbar ist. Die Ansaugöffnung 4 befindet sich vorzugsweise unterhalb der Atmungsöffnungen der Personen (Mund und Nase). Vorzugsweise sind auch hier die Ansaugöffnung und Abluftöffnung 6 nicht nur nahe beieinander, sondern auch parallel zueinander auf das Absaugvolumen 14 gerichtet. Das Gehäuse 5 weist im Ausführungsbeispiel zudem parallel Ober- und Unterseiten auf, womit die Vorrichtung in besonders vorteilhafter Weise als Auflage für Gegenstände wie z.B. auch im Rahmen einer Warmhalteplatte für Speisen nutzbar ist.This embodiment is therefore particularly well suited for integration into a device that can be used as a mobile desktop device. The
Alternativ bietet sich eine Integration dieser Ausführungsform oder auch nur der vorgenannten Anordnung der Peltierelemente in eine Strömungsumlenkungsanordnung gemäß
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Tisch- oder Arbeitsplattetable or worktop
- 33
- Personenpersons
- 44
- Ansaugöffnungintake port
- 55
- vertikal ausgerichtetes rohrförmiges Gehäusevertically oriented tubular housing
- 66
- Abluftöffnungexhaust vent
- 77
- Ventilatorfan
- 88th
- Abdeckplattecover plate
- 99
- Ansaugöffnung mit trompetenförmig erweiternden DurchströmungsquerschnittIntake opening with a trumpet-shaped flow cross-section
- 1010
- Mittel zur Sterilisierungmeans of sterilization
- 1111
- Offenes Gefäßopen vessel
- 1212
- Ringspaltvolumenannular gap volume
- 1313
- Durchströmungskanalflow channel
- 1414
- Ansaugvolumenintake volume
- 1515
- vertikalen Durchströmungskanalabschnittvertical flow channel section
- 1616
- Trennplattepartition plate
- 1717
- Untere GehäusehälfteLower case half
- 1818
- Obere GehäusehälfteUpper case half
- 1919
- Mittel zur Umlenkungmeans of redirection
- 2020
- UmlenkblechBaffle plate
- 2121
- Ansaugspaltintake gap
- 2222
- Durchtrittsöffnungpassage opening
- 2323
- Umlenkwannedeflection trough
- 2424
- Abscheideflächeseparation surface
- 2525
- Elektrostatisches Feldelectrostatic field
- 2626
- Elektrodenelectrodes
- 2727
- Aerosolbestandteileaerosol components
- 2828
- Strömungsumlenkungflow deflection
- 2929
- Massenkraftabscheidermass force separator
- 3030
- Abscheidebereicheseparation areas
- 3131
- Filterflächefilter surface
- 3232
- UV StrahlungsquelleUV radiation source
- 3333
- Schaumelementfoam element
- 3434
- anströmbare oder umströmbare Elementeelements that can be flown onto or around
- 3535
- Wärmeableitungsrippeheat dissipation fin
- 3636
- Schaltungsträgercircuit carrier
- 3737
- UVC LEDUVC LED
- 3838
- Kühlrippecooling fin
- 3939
- Ansteuerungskomponentencontrol components
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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