DE102021002548A1

DE102021002548A1 - Gasstrombehandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE102021002548A1
Application number: DE102021002548.2A
Authority: DE
Inventors: Sönke Mestemacher; Ole Mestemacher
Original assignee: Descap GmbH
Current assignee: Descap GmbH
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2022-11-17

Abstract

Gasstrombehandlungseinrichtung mit einer ersten Strahlungsquelle und einer Gasstromleiteinrichtung mit Wänden zum Leiten eines Gasstroms in einer Strömungsrichtung und Verfahren zum Behandeln eines Gasstromes mit einer Strahlungsquelle, bei dem der Gasstrom an der Strahlungsquelle entlang geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft Gasstrombehandlungseinrichtung mit einer ersten Strahlungsquelle und einer Gasstromleiteinrichtung mit Wänden zum Leiten eines Gasstroms in einer Strömungsrichtung und ein Verfahren zum Behandeln eines Gasstromes mit einer Strahlungsquelle, bei dem der Gasstrom an der Strahlungsquelle entlang geführt wird.
Eine gattungsgemäße Gasstrombehandlungseinrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren sind aus der DE 11 2014 000 269 T5 bekannt. Hier wird ein Luftstrom an einer UV-LED vorbeigeleitet. Die UV-LED ist auf einem LED-Modul angeordnet, das Öffnungen für den Durchtritt der Luft hat. Die Luft gelangt somit zunächst in den Bereich der UV-Strahlung und fließt dann durch einen porösen Photokatalysator.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren weiter zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird mit einer Gasstrombehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Wärme der Strahlungsquelle dafür verwendet werden kann, einen Kühlkörper zu erwärmen. Wenn dieser Kühlkörper durch den zu behandelnden Gasstrom gekühlt wird, wird gleichzeitig der Gasstrom erwärmt. Das Kühlen der Strahlungsquelle erhöht deren Lebensdauer und Effektivität. Das Kühlen der Strahlungsquelle erschließt aber auch die Möglichkeit, den Kühlkörper aus einem Material herzustellen, das als Filter und/oder als Katalysator wirkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Funktion des Materials durch die Erwärmung verbessert wird.
Erfindungsgemäß ist die Strahlungsquelle an einem vom Gasstrom durchströmten wärmeleitenden Kühlkörper mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1 W/(mK) und vorzugsweise mehr als 10 W/(mK) und besonders bevorzugt von mehr als 100 W/ (mK) angeordnet ist. Der Kühlkörper besteht daher vorzugsweise aus einem Metall. Das Metall kann einerseits die Wärme gut von der Strahlungsquelle ableiten und andererseits eignen sich Metalle auch als Katalysator oder antivirales Material. Verfahrensmäßig wird die Aufgabe mit einem Verfahren zum Behandeln eines Gasstromes mit einer Strahlungsquelle, bei dem der Gasstrom an der Strahlungsquelle entlang geführt wird gelöst, indem der Gasstrom durch einen von der Strahlungsquelle erwärmten Kühlkörper geleitet wird.
Um einerseits den Gasstrom möglichst wenig zu behindern und andererseits einen guten Wärmeübergang zu erreichen wird vorgeschlagen, dass er Kühlkörper eine homogene poröse Struktur aus wärmeleitendem Material aufweist. Dies kann ein Gitter, ein Gewebe, ein Gestrick, ein Gewirk, ein Vlies oder auch nur ein Knäul aus Fäden sein. Eine derartige Struktur eignet sich für den Wärmeübergang und die Gasdurchleitung weit besser als eine Platine, in der für den Durchtritt des Gases Löcher angeordnet sind.
Um den Kühlkörper leicht in der Gasbehandlungseinrichtung zu halten ist es vorteilhaft, wenn der Kühlkörper sich quer zur Strömungsrichtung von einer Wand zur gegenüberliegenden Wand erstreckt.
Ein guter Wärmeübergang wird insbesondere dann erreicht, wenn der Kühlkörper die Gasstromleiteinrichtung auf einer Länge in Strömungsrichtung von mehr als 5 mm und vorzugsweise mehr als 10 mm ausfüllt.
Der Kühlkörper kann ein Material aufweisen, das als Filter geeignet ist. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn er ein wärmeleitendes antivirales Material, wie insbesondere Kupfer, aufweist.
Um sicher zu stellen, dass die Wärme der Strahlungsquelle auch zu einer deutlichen Erhöhung der Temperatur des Kühlkörpers und/oder des durchgeleiteten Gases führt, wird vorgeschlagen, dass der Kühlkörper eine Thermokammer aufweist. Dort kann dann auch ein wärmeleitendes antivirales Material angeordnet sein.
Um die Wärme von der Strahlungsquelle abzuleiten, wird vorgeschlagen, dass der Kühlkörper Kühlfinger aufweist. Diese können sich auch in das wärmeleitende antivirale Material erstrecken.
Um von der Strahlungsquelle und/oder von den Kühlfingern die Wärme abzuführen und auf den Gasstrom überzuleiten kann der Kühlkörper Fäden, ein Gewirk, ein Gestrick, ein Vlies oder ein Gewebe aufweisen.
Die Effektivität der Gasstrombehandlungseinrichtung kann deutlich erhöht werden, wenn die Strahlungsquelle in der Strömungsrichtung auch entgegen der Strömungsrichtung des Gasstromes strahlt. Wenn beispielsweise in der Gasstromleiteinrichtung zuerst ein Kühlkörper durchströmt wird, der einer ersten Strahlungsquelle zugeordnet ist, und dann das Gas in einen Raum gelangt, in den diese erste Strahlungsquelle strahlt, dann kann das Gas weiter zu einer der ersten Strahlungsquelle gegenüber liegenden zweiten Strahlungsquelle strömen und dann durch einen dieser zweiten Strahlungsquelle zugeordneten Kühlkörper. Das Gas durchströmt somit zwei Kühlkörper und einen von diesen Kühlkörpern und der Gasstromleiteinrichtung begrenzten Raum, in dem zwei Strahlungsquellen auf das Gas strahlen.
Damit die auf die Wände der Gasstromleiteinrichtung treffenden Strahlen nicht absorbiert werden, wird vorgeschlagen, dass die Wände mehr als 70 % der auftreffenden Strahlung reflektieren.
Um eine Schädigung von Organismen wie Bakterien und Viren zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Strahlungsquelle eine UV Strahlungsquelle und vorzugsweise eine UV-C-Strahlungsquelle ist.
Die Strahlung wir in der Gasstromleiteinrichtung optimal verteilt, wenn die Gasstromleiteinrichtung ein Rohr ist, in dessen Mitte die Strahlungsquelle angeordnet ist. Das Rohr kann beispielsweise im Querschnitt ein rundes oder ovales Rohr sein oder auch einen eckigen Querschnitt haben.
Ein Raum mit intensiver Strahlung entsteht vor allem dann, wenn die Gasbehandlungseinrichtung eine weitere Strahlungsquelle aufweist, die entgegen der Stömungsrichtung der ersten Strahlungsquelle strahlt.
Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn die Gasstrombehandlungseinrichtung zwei Kühlkörper aufweist, zwischen denen aufeinander ausgerichtete Strahlungsquellen angeordnet sind.
Neben der Strahlung kann das Gas auch mit mechanischen Mitteln behandelt werden. Es wird daher vorgeschlagen, dass in der Gasstromleiteinrichtung ein Filter zum Absondern von Schmutzpartikeln, Bakterien und Viren angeordnet ist. Weitere Möglichkeiten bieten elektrostatisch geladene Oberflächen an der Gasstromleiteinrichtung, den Wänden und/oder dem Kühlkörper.
Ein Ausführungsbeispiel einer Gasstrombehandlungseinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt die

1 schematisch eine Gasstrombehandlungseirichtung mit zwei gegenüberliegend angeordneten LEDs,
2 schematisch eine dreidimensionale Ansicht der in 1 gezeigten Einrichtung und
3 eine LED mit einer Kühlkammer, in der Abwärmefäden angeordnet sind.

Die in der 1 gezeigte Gasstrombehandlungseinrichtung 1 hat in Strömungsrichtung 2 zuerst einen Filter 3, der als Wechselfilter leicht aus der Gasstromleiteinrichtung 4 entnommen werden kann. Dieser Filter 3 ist für Schmutzpartikel ausgelegt und dient als erste Stufe der Reduktion der Viren- und Bakterienlast. Dann kommt der erste Kühlkörper 5, der an der Rückseite einer Struktur 6 angeordnet ist, die die Strahlungsquelle 7 trägt. Die Strahlungsquelle 7 strahlt in eine Strahlungskammer 8, in die auch eine zweite Strahlungsquelle 9 strahlt, der ersten Strahlungsquelle 7 gegenüber angeordnet ist. Der Gasstrom 10 strömt dann durch die Gasstromleiteinrichtung 4 weiter an einer Struktur 11 vorbei, an der die zweite Strahlungsquelle 9 angeordnet ist. Von dort gelangt er durch einen zweiten Kühlkörper 12, um von dort die Gasstrombehandlungseinrichtung 1 zu verlassen.
Die Gasstromleiteinrichtung 4 hat verspiegelte Wände 13, 14, um die darauf treffende Strahlung zu reflektieren.
Die Strukturen 6 und 11 bilden einen Grundkörper, auf dem jeweils eine UVC-LED als Strahlungsquelle 7, 9 montiert ist. Die 3 zeigt, dass die Kühlkörper 5, 12 Abwärme der Strahlungsquellen 7, 9 in eine Thermokammer 15 leiten. Kühlfinger 16, 17 leiten die Wärme von der Strahlungsquelle in die Thermokammer 15 und zur Verteilung der Wärme in der Thermokammer dienen dünne Fäden 18 aus thermisch leitendem Material wie insbesondere Kupfer. Dadurch werden die folgenden Effekte erzielt: Wärmeableitung von der LED, Deaktivierung der Virenlast durch die Abwärme, Verwendung antiviralen Gewebes (z.B. Kupfer). Aerosole in der Luft treffen beim durchfließen der Thermokammer 15 auf Abwärmefäden. Durch thermische- und elektrostatische Reaktionen werden die Viren deaktiviert.
Die UVC-LEDs 7 und 9 sind in Strömungsrichtung in entgegengesetzter Richtung ausgerichtet. Ihr UVC-Wellenlängenbereich liegt bei etwa 260 nm. Die Anordnung der LEDs längs zur Luftstromrichtung sorgt für eine hohe Ausnutzung der Lichtstärke und einer daraus resultierenden besonders guten Desinfektionswirkung im Desinfektionskanal. Durch den spitzen Eintrittswinkel der UVC-Strahlung auf das Wandmaterial wird die Anzahl der Reflektionen reduziert, wodurch weniger Energie durch die Reflexion verloren geht.
Die Strahlungskammer 8 besteht aus einem Material, dessen Reflexionseigenschaften im UVC-Bereich besonders hoch sind. Daher weisen ihre Wände 13 und 14 eine Reflexion von mehr als 70% auf. UVC-Licht, das durch die LEDs 7, 9 in den Kanal gelangt, wird von den Wänden 13, 14 reflektiert und trifft auf die etwaig in der Luft befindliche Viren.
Durch die Anordnung zweier zentrierter LED-Strahler 7, 9 an den beiden Enden der Strahlungskammer 8 entsteht eine Überlappung beider Strahlungswirkungen. Die Energie, die im Abstand zur LED abnehmend ist, überlappt sich mit der Strahlungswirkung der zweiten zentrierten LED und es entsteht eine Energiekumulation im Kumulationspunkt 19. Es entsteht überdies keine „Schattenseite‟, an der Viren und Bakterien nicht durch UVC-Licht bestrahlt werden.
Abschließend der Strahlungskammer 8 befindet sich eine weitere Thermokammer 20 mit zentrierter LED entgegengesetzt zur Luftrichtung. Die beidseitige Bestrahlung der Luft in der Strahlungskammer 8 führt zu verlässlicherer Bestrahlung potentiell in der Luft befindlicher Viren und Bakterien.
Der Abschluss der Strahlungskammer 8 durch die Thermokammern 15 und 20 am Anfang und am Ende der Strahlungskammer 8 führt zu einem Lichteinschluss in der Strahlungskammer 8 und verhindert das Austreten von potenziell für die anwendende Person schädlicher UVC-Strahlung und gewährleistet ein sicheres Auswechseln des Filters 3.
Die Wände der Thermokammern 15 und 20 sind aus temperaturbeständigem, isolierendem Material gefertigt, um Wärme innerhalb der Thermokammern zu halten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 112014000269 T5 [0002]

Claims

Gasstrombehandlungseinrichtung (1) mit einer ersten Strahlungsquelle (7, 9) und einer Gasstromleiteinrichtung (4) mit Wänden (13, 14) zum Leiten eines Gasstroms (10) in einer Strömungsrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (7, 9) an einem vom Gasstrom (10) durchströmten wärmeleitenden Kühlkörper (5, 12) mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1 W/(mK) und vorzugsweise mehr als 10 W/(mK) und besonders bevorzugt von mehr als 100 W/ (mK) angeordnet ist.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5, 12) eine homogene poröse Struktur (11) aus wärmeleitendem Material aufweist.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5, 12) sich quer zur Strömungsrichtung (2) von einer Wand (13) zur gegenüberliegenden Wand (14) erstreckt.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5, 12) die Gasstromleiteinrichtung (4) auf einer Länge in Strömungsrichtung (2) von mehr als 5 mm und vorzugsweise mehr als 10 mm ausfüllt.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5, 12) ein wärmeleitendes antivirales Material, wie insbesondere Kupfer, aufweist.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5, 12) eine Thermokammer (15, 20) aufweist.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5, 12) Kühlfinger (16, 17) aufweist.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5, 12) Fäden (18), ein Gewirk, ein Gestrick, ein Vlies oder ein Gewebe aufweist.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (7, 9) in der Strömungsrichtung (2) auch entgegen der Strömungsrichtung (2) des Gasstromes (10) strahlt.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (13, 14) mehr als 70 % der auftreffenden Strahlung reflektieren.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (7, 9) eine UV-Strahlungsquelle ist.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasstromleiteinrichtung (4) ein Rohr ist, in dessen Mitte die Strahlungsquelle (7, 9) angeordnet ist.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine weitere Strahlungsquelle (7, 9) aufweist, die entgegen der Stömungsrichtung (2) der ersten Strahlungsquelle (7, 9) strahlt.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Kühlkörper (5, 12) aufweist, zwischen denen aufeinander ausgerichtete Strahlungsquellen (7, 9) angeordnet sind.
Gasstrombehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasstromleiteinrichtung (1) ein Filter (3) zum Absondern von Schmutzpartikeln, Bakterien und Viren angeordnet ist.
Verfahren zum Behandeln eines Gasstromes (10) mit einer Strahlungsquelle (7, 9), insbesondere mit einer Gasstrombehandlungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Gasstrom (10) an der Strahlungsquelle (7, 9) entlang geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (10) durch einen von der Strahlungsquelle (7, 9) erwärmten Kühlkörper (5, 12) geleitet wird.