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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sterilisationskammer nach dem Oberbegriff des ersten Patentanbspruchs und einen Luftkanal, aufweisend eine Sterilisationskammer.
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Dabei ist die Sterilisationskammer von Luft aus einen Lufteinlassbereich hin zu einem Luftauslassbereich in einer Hauptströmungsrichtung durchströmbar und weist eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung der die Sterilisationskammer durchströmenden Luft auf.
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In Schienenfahrzeugen ist die Luftbehandlung im Innenraum normativ geregelt, dabei wird die Frischluftmenge nach der Anzahl der Passagiere bzw. gemäß dem CO2-Gehalt der Umluft geregelt. Schienenfahrzeuge werden mit einem leichten Überdruck ventiliert, so dass ungefilterte Umgebungsluft nur im Türbereich beim Passagierwechsel ins Fahrzeug eindringt. Die Abluft wird bei Vollbahnen üblicherweise von den Klimaanlagen ins Freie abgegeben.
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Die Luftzirkulation im Fahrzeug nimmt dabei üblicherweise den folgenden Weg: vom Klimagerät in Luftkanälen zu den Einblasstellen (Kaltluft im Deckenbereich, Warmluft im Bodenbereich); verwirbelt im Innenraum des Fahrzeuges; hin, zu den Absaugbereichen, meist als Spalte zwischen Decken- und Seitenwandverkleidung ausgebildet; in den Hohlraum zwischen Innendecke und Fahrzeugdach als Rückluftkanal; zurück zum Klimagerät.
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Die Luftführung ist auf das Komfortempfinden der Passagiere (Temperatur / Strömungsgeschwindigkeit / Feuchte) und Kondensationsvermeidung an Innenflächen ausgerichtet.
Hygienischen Anforderungen werden durch regelmäßige Filterwechsel, mechanische Reinigung der Kanäle und Verwendung von Materialien mit glatten Oberflächen genüge getan. Prüfanforderungen und -verfahren hinsichtlich Bewertung der vorhandenen Luftqualität sind nicht bekannt.
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Die Druckschrift
DE 20 2006 000 161 U1 offenbart einen Luftreiniger, umfassend: ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Lufteinlass und einen Luftauslass aufweist, die an zwei entgegengesetzten Seiten angeordnet sind; mindestens einen elektrischen Ventilator, der jeweils in dem Gehäuses montiert ist und geeignet ist, Luftströme durch den Lufteinlass in das Innere des Gehäuses zum Luftauslass hin zu ziehen; ein erstes Filterelement, das im Lufteinlass montiert ist, wobei das Filterelement mindestes ein Drahtgewebe umfasst, das geeignet ist, Feststoffe aus den Luftströmen zu entfernen, die durch den Lufteinlass zum Luftauslass hin strömen; und ein zweites Filterelement, das im Gehäuse zwischen dem ersten Filterelement und dem mindestens einen elektrischen Ventilator montiert ist, wobei das zweite Filterelement Aktivkohlen umfasst, die geeignet sind, Keime aus den Luftströmen zu entfernen, die durch das erste Filterelement zum Luftauslass hin strömen. Darüber hinaus ist eine UV-Lampe in dem Gehäuse montiert. Die durchströmende Luft passiert den Luftreiniger mehr oder weniger geradlinig und die Einwirkzeit des von der UV-Lampe abgegebenen UV-Lichte ist gering.
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In der Druckschrift
DE 20 2012 003 192 U1 wird eine Lüftungsanlage zur Belüftung eines Raumes mit einer ersten Raumzone und einer zweiten Raumzone, mit einer Außenlufteinheit, einer Ablufteinheit und mit einem Luftkanal beschrieben. Der Luftkanal führt dabei von der Außenlufteinheit durch die erste Raumzone in die zweite Raumzone. Die Außenlufteinheit und die Ablufteinheit sind durch eine erste Wand des Raumes und die Zulufteinheit ist durch eine zweite Wand des Raumes geführt. In einer Ausführungsform kann die Außenlufteinheit einen UV-Filter aufweisen. Hier passiert der Luftstrom den UV-Filter direkt, was ebenfalls zu einer sehr kurzen Einwirkzeit des UV-Lichtes führt.
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Die Druckschrift
DE 20 2018 001 846 U1 betrifft eine Luftbehandlungsvorrichtung, aufweisend einen Grundkörper und eine Reinigungsbehandlungseinheit, wobei der Grundkörper einen Lufteintritt und einen Luftaustritt aufweist und einen Behandlungsraum ausbildet, der mit dem Lufteintritt und dem Luftaustritt verbunden ist. Eine von dem Lufteintritt zu dem Luftaustritt geführte Behandlungsluft bildet in dem Behandlungsraum einen Luftstrom aus, wobei der Grundkörper die Reinigungsbehandlungseinheit aufnimmt. Die Reinigungsbehandlungseinheit weist eine UVA-LED-Einheit mit einer Mehrzahl von UVA-LED auf, welche eine UVA-Strahlung bereitstellt. Ferner weist die Reinigungsbehandlungseinheit ein Strömungsleitelement auf, welches in dem Luftstrom angeordnet ist und den Luftstrom beeinflusst und eine photokatalytische Oberfläche aufweist, wobei die photokatalytische Oberfläche mit der UVA-Strahlung beaufschlagt wird und einen Berührungskontakt zu dem Luftstrom aufweist, und wobei die photokatalytische Oberfläche als Elektrospinning- Oberfläche ausgebildet ist.
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Eine weitere UV-Luftbehandlungsvorrichtung wird in der Druckschrift
DE 20 2018 001 847 U1 offenbart. Diese weist einen Grundkörper mit einem Lufteintritt und einem Luftaustritt, eine Desinfektionsbehandlungseinheit und eine Reinigungsbehandlungseinheit auf, wobei der Grundkörper einen Behandlungsraum ausbildet, der mit dem Lufteintritt und dem Luftaustritt verbunden ist, wobei eine von dem Lufteintritt zu dem Luftaustritt geführte Behandlungsluft in dem Behandlungsraum einen Luftstrom ausbildet, und wobei der Grundkörper die Behandlungseinheiten aufnimmt. Die Desinfektionsbehandlungseinheit weist eine UVC-LED-Einheit auf, welche eine UVC-Strahlung bereitstellt und in einem Desinfektionsabschnitt des Behandlungsraums angeordnet ist, wobei die Behandlungsluft mit der UVC-Strahlung beaufschlagt wird. Dabei ist die UVC-LED-Einheit in dem Luftstrom angeordnet und weist einen Wärmeübertragungskontakt zu dem Luftstrom auf. Die Reinigungsbehandlungseinheit weist ferner eine UVA-LED-Einheit auf, welche eine UVA-Strahlung bereitstellt und in einem Reinigungsabschnitt des Behandlungsraums angeordnet ist. Die Reinigungsbehandlungseinheit weist zudem ein Strömungsleitelement auf, welches in dem Luftstrom angeordnet ist und den Luftstrom beeinflusst und eine photokatalytische Oberfläche aufweist, wobei die photokatalytische Oberfläche mit der UVA-Strahlung beaufschlagt wird und einen Berührungskontakt zu dem Luftstrom aufweist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der Komfort- und Effizienzparameter die hygienische Luftqualität im Fahrzeug deutlich zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des 1. und 14. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Sterilisationskammer ist von Luft aus einen Lufteinlassbereich hin zu einem Luftauslassbereich in einer Hauptströmungsrichtung durchströmbar und weist eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung der die Sterilisationskammer durchströmenden Luft auf, wobei die Sterilisationskammer erfindungsgemäß in einen Luftkanal integriert ist und wenigstens einen Störkörper zur Verwirbelung der die Sterilisationskammer durchströmenden Luft aufweist.
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Vorzugsweise ist die Sterilisationskammer im Luftkanal der Belüftung eines Wagons eines Schienenfahrzeuges angeordnet. Die Sterilisationskammer ist jedoch auch in anderen, vorzugsweise öffentlichen Verkehrsmitteln, wie beispielsweise Bussen einsetzbar. Ebenso ist es denkbar, die Sterilisationskammer in Raumluftanlagen zu integrieren, beispielsweise in Museen, Behörden, Arztpraxen oder anderen stark frequentierten öffentlichen Räumlichkeiten oder auch in Büroräumen, Schulen und Universitäten oder Ladenbereichen.
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Die Sterilisationskammer kann dabei quaderförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise sind der Lufteinlassbereich und der Luftauslassbereich an zwei gegenüberliegenden Schmalseiten der Sterilisationskammer angeordnet, sodass die Sterilisationskammer in Längsrichtung von der zu reinigenden Luft durchströmt wird.
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Durch den Störkörper kommt es zu einer Verwirbelung der die Sterilisationskammer durchströmenden Luft, das heißt die Luft durchströmt die Sterilisationskammer nicht geradlinig, sondern durchläuft mehrere Wirbel auf dem Weg zum Luftauslassbereich. Der Störkörper führt zu definierten Wirbelausprägungen, die in Form einer Karmannschen Wirbelstraße verlaufen können. Vorteilhafterweise wird durch die Verwirbelung die Länge der Verweildauer der durchströmenden Luft in der Sterilisationskammer erhöht und dabei eine Virendeaktivierung von 95% (Zielwert) erreicht.
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Vorzugsweise ist der Störkörper in dem Lufteinlassbereich angeordnet.
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Der Störkörper kann fest oder beweglich, beispielsweise auch kippbar, installiert sein und befindet sich vorzugsweise im Zentrum des Lufteinlassbereiches, also ungefähr gleich weit entfernt von jeweils zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der Sterilisationskammer.
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Insbesondere gibt die Strahlungsquelle Licht einer Wellenlänge von 100 nm bis 280 nm, also Licht im UV-C-Bereich, ab. Diese kurzwellige, sehr energiereiche Strahlung schädigt Nukleinsäuren und inaktiviert somit die in der Luft enthaltenen Viren und Bakterien.
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Durch die Verwirbelung und die damit herbeigeführte Erhöhung der Verweildauer der Luft in der Sterilisationskammer, wird die Einwirkzeit der UV-C-Strahlung auf die Luft erhöht und Viren und Bakterien werden effektiver inaktiviert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Innenflächen der Sterilisationskammer wenigstens 2 Reflexionseinheiten auf, die die von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlen mehrfach zwischen zwei gegenüberliegenden Innenflächen der Sterilisationskammer hin und her leiten. Dadurch wird die Bestrahlung der Luft intensiviert und eine höhere Anzahl an Schwebstoffen kommt mit der Bestrahlung in Kontakt.
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Das UV-C-Licht wird durch optisch ausgerichtete Reflexionsflächen der Reflexionseinheiten in der Form homogenisiert, dass sich eine gleichmäßig verteilte hohe Strahlungsintensität in der Sterilisationskammer einstellt.
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Die Innenflächen der Sterilisationskammer weisen dabei vorteilhafterweise wenigstens 2, Reflexionseinheiten auf.
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Es ist alternativ denkbar, dass die Innenflächen der Sterilisationskammer mit einem reflektierenden Material beschichtet sind und somit selbst als Reflexionseinheiten fungieren.
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Vorzugsweise leiten die Reflexionseinheiten die von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlen in einem Versatzwinkel α versetzt zur Hauptströmungsrichtung durch die Sterilisationskammer. α beträgt vorzugsweise wenigstens 30 °. Dazu weisen die Reflexionseinheiten selbst einen Neigungswinkel β von bevorzugt auf.
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Der Neigungswinkel β der einzelnen Reflexionseinheiten kann sich dabei zwischen den Reflexionseinheiten der gegenüberliegenden Innenwände der Sterilisationskammer oder auch zwischen den einzelnen Reflexionseinheiten einer Innenwand unterscheiden.
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Die Reflexionseinheiten können auch kippbar und/oder schwenkbar ausgebildet sein, wodurch der Versatzwinkel α, beispielsweise je nach Verschmutzungsgrad der durchströmenden Luft, verändert werden kann.
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Vorteilhafterweise sind die Reflexionseinheiten derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass eine laminare Grenzströmung an Innenflächen der Sterilisationskammer unterbrochen und/oder verwirbelt wird. Insbesondere weisen die Reflexionseinheiten dazu eine geneigte Reflexionsfläche und eine kürzere, bevorzugt senkrecht von der jeweiligen Innenwand abstehende Rückfläche auf, hinter der es zu einem Turbulenzeffekt und somit zu weiteren Verwirbelungen der durchströmenden Luft kommt. Auch dadurch wird vorteilhafterweise die Verweildauer der Luft in der Sterilisationskammer erhöht.
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Der Störkörper ist bevorzugt polyederförmig ausgebildet. Vorteilhafterweise ist der Störkörper derart ausgebildet, dass sich hinter dem Störkörper eine Kärmänsche Wirbelstraße ausbilden kann. Dabei kann der Störköper beispielsweise quaderförmig oder zylinderförmig mit einer Längsausrichtung entlang der Hauptströmungsrichtung der durchströmenden Luft ausgebildet sein. Alternativ kann der Störkörper auch pyramidenförmig, mit zum Lufteinlassbereich hin gerichteter Spitze, ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsquelle in dem Störkörper integriert.
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Insbesondere wird die Strahlung von der Strahlungsquelle nicht parallel zur Hauptströmungsrichtung der Luft bzw. nicht parallel zu den Innenwänden der Sterilisationskammer, sondern mit einem gewissen Versatz abgegeben, sodass die Strahlen auf die Reflexionseinheiten treffen und reflektiert werden.
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Vorzugsweise sind die Innenflächen der Sterilisationskammer und/oder die Außenflächen des Störkörpers mit einer viruziden und/oder antibakteriellen Beschichtung versehen.
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Weiterhin bevorzugt ist in dem oder nahe des Luftauslassbereiches ein Beleuchtungsstärke-Sensor angeordnet, der die Intensität der am Luftauslassbereich ankommenden UV-C-Strahlung misst. Der Beleuchtungsstärke-Sensor kann mit einer Ausgabeeinheit gekoppelt sein, die die ermittelten Informationen an einen Systemadministrator ausgeben kann. Der Beleuchtungsstärkesensor kann weiterhin mit einer Steuereinheit gekoppelt sein, die die Intensität der von der Strahlungsquelle abgegebenen UV-C-Strahlen und/oder den Neigungswinkel der Reflexionseinheiten steuern kann. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass wissenschaftlich nachgewiesene Mindestwerte zur effektiven Inaktivierung von Viren und/oder Bakterien eingehalten werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Lufteinlassbereich mit einem Ansaugbereich im Fußbereich eines Personenfahrzeuges verbunden. Da Schwebstoffe, wie beispielsweise Viren oder Bakterien in der Raumluft nach unten sinken, werden bei einer Anordnung des Ansaugbereiches im Fußbereich oder in der Nähe des Bodens des Fahrzeuges bzw. des Raumes tendenziell mehr Schwebstoffe in die Sterilisationskammer angesaugt, als durch Ansaugbereiche, die in höheren Bereichen angeordnet sind. Es ist ebenfalls denkbar, Luft aus einem Außenbereich anzusaugen und durch die Sterilisationskammer zu leiten.
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Der Luftauslassbereich ist bevorzugt mit einem Ausströmbereich eines Personenfahrzeuges verbunden. Dieser befindet sich vorzugsweise im Deckenbereich.
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Bei dem Personenfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Schienenfahrzeug handeln. Bei dem Personenfahrzeug kann es sich alternativ um ein anderes öffentliches Verkehrsmittel oder auch einen PKW handeln.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen Luftkanal der Belüftung eines Schienenfahrzeuges, aufweisend eine erfindungsgemäße Sterilisationskammer.
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Als fahrzeugtaugliche Sterilisierungsmethode wird die UV-C Bestrahlung der Zuluft gewählt. Die Virengröße ist unterhalb der Wellenlänge von UV-C Strahlung anzusiedeln. Der angestrebte Sterilisationseffekt wird erreicht, indem der durchgeleitete Luftstrom in der Sterilisationskammer intensiv durchmischt und durchgängig mit hoher UV-C-Strahlungsdichte behandelt wird. Zudem werden die Innenflächen viruzid beschichtet.
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Für die Verwirbelung des Luftstroms in der Sterilisationskammer wird ein definierter Störkörper in die Luftströmung eingebracht. Der Störkörper führt zu definierten Wirbelausprägungen (Karmannscher Wirbelkörper). Zudem enthält der Wirbelkörper eine viruzid wirkende UV-C-Lichtquelle. Das UV-C-Licht wird durch optisch ausgerichtete Reflexionsflächen in der Form homogenisiert, dass sich eine gleichmäßig verteilte hohe Strahlungsintensität einstellt. Die Ausprägung der Reflexionsflächen erfolgt in der Form, dass gleichzeitig die laminare Grenzströmung an den Kanal-Wänden unterbrochen wird und hier ebenfalls Turbulenz entsteht. Zudem werden die Innenflächen der Kammer viruzid beschichtet.
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Die Wirksamkeit der UV-C-Sterilisation wird indirekt durch sensorbasierte Messung der Strahlungsintensität unter Einhaltung wissenschaftlich nachgewiesener Mindestwerte überwacht.
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Ausgehend von aktuellen hygienischen Herausforderungen hat die Erfindung das Ziel, unter Beibehaltung der Komfort- und Effizienzparameter die hygienische Luftqualität im Fahrzeug deutlich zu verbessern. Die neue Herangehensweise verfolgt den Ansatz der Zuführung weitgehend keimfreier / desinfizierter Luft zur signifikanten Verminderung der Keimbelastung im Innenraum. Da die normative Frischluftrate bei Schienenfahrzeugen bis zu 15 m3/h pro Passagier beträgt, führt die Einleitung keimfreier Luft in dieser Menge zu signifikanter Verminderung der Keimzahl pro m3 Raumluft im Fahrzeug.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Figur näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein. Es zeigt:
- 1 eine Prinzipskizze einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sterilisationskammer im Längsschnitt.
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In 1 ist eine Prinzipskizze einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sterilisationskammer 1 im Längsschnitt dargestellt. Die Sterilisationskammer 1 ist in einem Luftkanal 8 einer Belüftungsanlage angeordnet. Dabei kann es sich um eine Belüftung in einem Fahrzeug oder in einem Raum, beispielsweise eines öffentlichen Gebäudes handeln. Die Sterilisationskammer 1 weist einen Lufteinlassbereich 2 und einen Luftauslassbereich 3 auf. Durch den Luftkanal 8 und somit durch die Sterilisationskammer 1 wird ein Luftstrom von dem Lufteinlassbereich 2 zu dem Luftauslassbereich 3 geleitet, angerieben beispielsweise durch ein Gebläse. Der Verlauf des Luftstromes ist in 1 durch gestrichelte Linien angedeutet. Im Lufteinlassbereich 2 befindet sich ein Störkörper 5, der den Luftstrom dahingehend beeinflusst, als dass der Luftstrom hinter dem Störkörper 5 verwirbelt wird. Es bilden sich Verwirbelungen in Form einer Karmannschen Wirbelstraße, ebenfalls angedeutet durch gestrichelte Pfeile. Durch diese Verwirbelungen wird die Verweildauer der passierenden Luft in der Sterilisationskammer 1 deutlich erhöht.
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Ebenfalls in der Sterilisationskammer 1 angeordnet ist eine Strahlungsquelle 4, die Strahlen 41, insbesondere UVC-Strahlen abgibt. Der Verlauf der abgegebenen Strahlung 41 ist mit durchgängigen Pfeilen angedeutet. Die Strahlungsquelle 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Störkörper 5 angeordnet. Sie kann selbst den Störkörper 5 bilden oder alternativ an anderer Stelle in der Sterilisationskammer 1 angeordnet sein. Auch eine Positionierung im Luftauslassbereich 3 oder eine Positionierung außerhalb der Sterilisationskammer ist denkbar, sofern die von der Strahlungsquelle 4 abgegebenen Strahlen 41 die Sterilisationskammer durchlaufen.
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An den Innenwänden der Sterilisationskammer sind mehrere Reflexionseinheiten 6 angeordnet. Die Strahlungsquelle 4 gibt die Strahlung 41 derart ab, dass sie auf eine der Reflexionseinheiten 6 trifft und von dieser reflektiert wird. Insbesondere erfolgt die Reflexion in Richtung wenigstens einer weiteren Reflexionseinheit 6, sodass der Strahlenverlauf durch die Sterilisationskammer 1 mehrfach reflektiert wird und somit zwischen zwei gegenüberliegenden Innenflächen der Sterilisationskammer 1 hin und her geleitet wird. Auf diese Weise wird die Einwirkfläche des Strahlenverlaufes auf die zu behandelnde Luft deutlich erhöht und die Einwirkung somit intensiviert. Der Strahlenverlauf ist dabei in einem Versatzwinkel α zur Hauptströmungsrichtung der Luft, bzw. zur Längsachse der Sterilisationskammer hin geneigt.
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Die Reflexionseinheiten 6 weisen jeweils eine mit einem Neigungswinkel β zu der jeweiligen Innenfläche der Sterilisationskammer geneigte Reflexionsfläche auf. Die Reflexionsflächen sind dabei derart zueinander ausgerichtet, dass die von der Strahlungsquelle 4 abgegebenen Strahlen 41 von einer Reflexionseinheit 6 zur nächsten reflektiert werden. Durch die von der Innenfläche hervorstehende Ausbildung der Reflexionseinheiten kommt es zu weiteren Verwirbelungen der Luft an den Innenflächen der Sterilisationskammer 1, wodurch eine laminare Grenzströmung verhindert und die Verweildauer der durchströmenden Luft in der Sterilisationskammer 1 erhöht wird. Dadurch kann vorteilhafterweise die Bestrahlung länger erfolgen und die Inaktivierung von Viren und Bakterien wird effektiviert.
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Im oder in der Nähe des Luftauslassbereiches 3 ist ein Beleuchtungsstärke-Sensor 7 zur Erfassung der am Luftauslassbereich 3 ankommenden Strahlung angeordnet. Auf diese Weise kann kontrolliert werden, wie viel Strahlung die Sterilisationskammer 1 durchdringt. Manuell oder automatisch könnte dann eine Anpassung der Strahlungsintensität vorgenommen werden
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sterilisationskammer
- 2
- Lufteinlassbereich
- 3
- Luftauslassbereich
- 4
- Strahlungsquelle
- 41
- Strahlen
- 5
- Störkörper
- 6
- Reflexionseinheiten
- 7
- Beleuchtungsstärke-Sensor
- 8
- Luftkanal
- α
- Versatzwinkel der Strahlen
- β
- Neigungswinkel der Reflexionseinheiten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006000161 U1 [0006]
- DE 202012003192 U1 [0007]
- DE 202018001846 U1 [0008]
- DE 202018001847 U1 [0009]
