DE102021213058A1

DE102021213058A1 - Method and device for reducing the pathogenicity of pathogens, in particular parasitic molecules, contained in an ambient air

Info

Publication number: DE102021213058A1
Application number: DE102021213058.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hutsch; André Schlott
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Pathogenität von Pathogenen, insbesondere von parasitären Molekülen, die in einer Umgebungsluft enthalten sind, bei dem Pathogene enthaltende Umgebungsluft mittels eines Verdichters (1) saugseitig aus der Umgebung angesaugt und auf einen Druck von mindestens 250 kPa verdichtet und dann die in ihrer Pathogenität reduzierte wieder auf den Umgebungsdruck reduzierte Luft an die Umgebung abgegeben wird. Dabei wird zumindest mit einem Axialverdichter verdichtete Luft nach Ablauf einer Verweilzeit von mindestens 1 s, innerhalb der die verdichtete Luft auf dem Druck von mindestens 250 kPa gehalten wird, in die Umgebung abgegeben.The invention relates to a method for reducing the pathogenicity of pathogens, in particular of parasitic molecules contained in ambient air, in which ambient air containing pathogens is sucked in from the environment on the suction side by means of a compressor (1) and compressed to a pressure of at least 250 kPa and then the air, reduced in its pathogenicity, again reduced to the ambient pressure, is released into the environment. In this case, air compressed with at least one axial compressor is discharged into the environment after a dwell time of at least 1 s has elapsed, within which the compressed air is kept at a pressure of at least 250 kPa.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der Pathogenität von Pathogenen, insbesondere von parasitären Molekülen, die in einer Umgebungsluft enthalten sind.The invention relates to a method and a device for reducing the pathogenicity of pathogens, in particular parasitic molecules, contained in ambient air.

Dabei können insbesondere Viren in ihrer Pathogenität beeinflusst bzw. sogar wirkungslos gemacht werden, so dass sie keine Infektionen an Lebewesen mehr auslösen können.Viruses in particular can be influenced in their pathogenicity or even rendered ineffective, so that they can no longer cause infections in living beings.

Die Erfindung kann prinzipiell in verschiedensten geschlossenen Räumen eingesetzt werden, in denen hohe hygienische Anforderungen bestehen oder größere Menschenansammlungen auftreten können. Es ist auch ein wissenschaftlicher Einsatz, beispielsweise bei der Aktivitätsprüfung von Keimen möglich.In principle, the invention can be used in a wide variety of closed rooms in which there are high hygienic requirements or where larger crowds of people can occur. It can also be used scientifically, for example when checking the activity of germs.

Prinzipiell ist es bekannt, lebende Pathogene durch eine ausreichende Erwärmung in ihrer Pathogenität entsprechend zu beeinflussen. Dazu muss die Umgebungsluft auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt werden. Dazu sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Problematisch dabei ist es aber, dass die so erwärmte Luft wieder an die Umgebung abgegeben werden muss und dabei eine unerwünschte Erwärmung, beispielsweise eines Innenraumes auftreten würde, wenn man keine Gegenmaßen treffen würde. Üblicherweise wird die behandelte Luft einer zusätzlichen externen Kühlung unterzogen. Diese erhöht den Energiebedarf, wenn sie aktiv betrieben werden muss. In jedem Fall ist aber ein vergrößertes Volumen erforderlich, da neben den Komponenten für die Erwärmung der Umgebungsluft ein mehr oder weniger großes Volumen für die Kühlung der vorab erwärmten und nicht bzw. deutlich weniger kontaminierten Luft, die wieder an die Umgebung abgegeben wird, erforderlich ist. Wird keine aktive zusätzliche Kühlung genutzt, ist ein größeres Volumen erforderlich, was dazu führt, dass ein entsprechend großer Freiraum zur Verfügung stehen oder zur Verfügung gestellt werden muss, um eine ausreichende Kühlung der behandelten Luft vor Rückführung in den jeweiligen geschlossenen Raum zu ermöglichen, ohne diesen Raum deutlich zusätzlich zu erwärmen.In principle, it is known that living pathogens can be influenced in their pathogenicity by sufficient heating. To do this, the ambient air must be heated to a sufficiently high temperature. Various possibilities are known for this. The problem here, however, is that the air heated in this way has to be released back into the environment and undesirable heating, for example of an interior space, would occur if no countermeasures were taken. The treated air is usually subjected to additional external cooling. This increases the energy requirement when it has to be actively operated. In any case, however, an increased volume is required because, in addition to the components for heating the ambient air, a more or less large volume is required for cooling the previously heated and uncontaminated or significantly less contaminated air that is released back into the environment . If no active additional cooling is used, a larger volume is required, which means that a correspondingly large amount of free space is available or must be made available in order to allow sufficient cooling of the treated air before it is returned to the respective closed space without to warm up this space considerably.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Erreichung eines hohen Maßes an Verringerung der Pathogenität von Pathogene enthaltender Umgebungsluft, bei gleichzeitig einem sparsamen Einsatz von Energie und geringem erforderlichen Volumen, das für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich erforderlich ist, sowie die Einhaltung von maximal einer geringfügigen Erhöhung der Temperatur im jeweiligen geschlossenen Raum, aus dem die jeweilige Umgebungsluft zur Durchführung des Verfahrens abgezogen und wieder rückgeführt wird.It is therefore an object of the invention to provide ways of achieving a high degree of reducing the pathogenicity of ambient air containing pathogens, while at the same time using energy sparingly and requiring a small volume, which is also required for carrying out the method according to the invention, and compliance with at most a slight increase in the temperature in the respective closed space from which the respective ambient air is drawn off and returned again for carrying out the method.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Anspruch 11 definiert eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen können mit in abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a method having the features of claim 1. Claim 11 defines an apparatus for carrying out the method. Advantageous developments and embodiments can be implemented with features identified in the dependent claims.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird Pathogene enthaltende Umgebungsluft mittels eines Verdichters saugseitig aus der Umgebung angesaugt und auf einen Druck von mindestens 250 kPa, bevorzugt mindestens 300 kPa verdichtet und dann die in ihrer Pathogenität reduzierte wieder auf den Umgebungsdruck reduzierte Luft an die Umgebung abgegeben wird.When carrying out the method, ambient air containing pathogens is sucked in from the environment on the suction side by means of a compressor and compressed to a pressure of at least 250 kPa, preferably at least 300 kPa, and then the air, which has been reduced in its pathogenicity and reduced back to the ambient pressure, is released into the environment.

Zumindest mit einem Axialverdichter verdichtete Luft wird erst nach Ablauf einer Verweilzeit von mindestens 50 s, innerhalb der die verdichtete Luft auf dem Druck von mindestens 250 kPa, bevorzugt mindestens 300 kPa gehalten wird, in die Umgebung abgegeben. Dazu kann die verdichtete Luft durch eine entsprechend lange Leitung geführt oder in mindestens einer Kammer auf dem Druck gehalten werden, bevor die Luft entspannt und an die Umgebung abgeführt wird.Air compressed at least with an axial compressor is released into the environment only after a dwell time of at least 50 s has elapsed, within which the compressed air is kept at a pressure of at least 250 kPa, preferably at least 300 kPa. For this purpose, the compressed air can be guided through a line of appropriate length or the pressure can be maintained in at least one chamber before the air is expanded and discharged to the environment.

Wird ein Kolbenverdichter eingesetzt, kann man die Luft ebenfalls über die o.g. Verweilzeit auf den angegebenen Druck halten. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich, da die gewünschte Wirkung auf Pathogene in einem Kolbenverdichter bereits während der Verdichtungshübe in ausreichendem Maß erreicht werden kann. Dazu sollte der Kolbenverdichter mit einer Drehzahl von mindestens 10 U/min betrieben.If a piston compressor is used, the air can also be kept at the specified pressure for the above-mentioned dwell time. However, this is not absolutely necessary, since the desired effect on pathogens in a reciprocating compressor can already be achieved to a sufficient extent during the compression strokes. To do this, the piston compressor should be operated at a speed of at least 10 rpm.

Bei der Verdichtung wird die Pathogene enthaltende Umgebungsluft zwangsweise auch erwärmt, so dass Druck und Temperatur gemeinsam die gewünschte Wirkung auf die Pathogene ausüben können.During compression, the ambient air containing pathogens is also forcibly heated, so that pressure and temperature together can exert the desired effect on the pathogens.

Zur Entspannung kann die verdichtete behandelte Umgebungsluft über ein Expansionsventil an die Umgebung abgegeben oder davor zuerst einem Wärmeübertrager zugeführt werden.For relaxation, the compressed, treated ambient air can be discharged to the environment via an expansion valve or first fed to a heat exchanger beforehand.

Die mit dem Verdichter angesaugte Pathogene enthaltende Umgebungsluft kann aber auch in ein Erwärmungssystem angesaugt und dabei auch durch einen Wärmeübertrager geführt und dann die Umgebungsluft mit einer Wärmepumpe erwärmt und wieder den ersten Wärmeübertrager durchströmend an die Umgebung abgegeben.However, the ambient air sucked in by the compressor and containing pathogens can also be sucked into a heating system and also passed through a heat exchanger and then the ambient air is heated with a heat pump and released back to the environment flowing through the first heat exchanger.

Alternativ kann die angesaugte Luft auch direkt einem Wärmeübertrager zugeführt und darin eine Wärmeübertragung mit der aus dem Verdichter an die anschließend in die Umgebung abzugebende Luft nach der Verdichtung erreicht werden kann, ohne, dass eine Erwärmung mit einer Wärmepumpe durchgeführt wird.Alternatively, the sucked-in air can also be fed directly to a heat exchanger and heat can be transferred therein from the compressor to the air to be subsequently released into the environment after compression, without heating being carried out with a heat pump.

Die Umgebungsluft sollte innerhalb des Erwärmungssystems auf einer Temperatur von mindestens 80 °C mit einer Verweilzeit von mindestens 1 s gehalten werden, bevor sie wieder den Wärmeübertrager durchströmt und in die Umgebung mit reduzierter Pathogenität rückgeführt wird. Nach Ablauf der Verweilzeit kann diese Luft aber auch direkt an die Umgebung abgegeben werden.The ambient air should be maintained within the heating system at a temperature of at least 80 °C with a dwell time of at least 1 s before it flows back through the heat exchanger and is returned to the reduced pathogenicity environment. After the dwell time has elapsed, however, this air can also be released directly into the environment.

Die so behandelte Umgebungsluft sollte mit einer Maximaltemperatur von 50 °C, bevorzugt maximal 35 °C, ganz besonders bevorzugt maximal 25 °C in die Umgebung abgeführt werden.The ambient air treated in this way should be discharged into the environment at a maximum temperature of 50.degree. C., preferably a maximum of 35.degree. C., very particularly preferably a maximum of 25.degree.

Die Pathogene enthaltende Umgebungsluft kann nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers durch Wärmerückgewinnung auf eine Temperatur von mehr als 50 °C und bis zu 85 °C erwärmt werden, bevor sie in den Einfluss der Wärmepumpe oder des Verdichters gelangt. Letztgenannter Aspekt trifft dann zu, wenn auf eine Wärmepumpe verzichtet worden ist.After flowing through the heat exchanger, the ambient air containing pathogens can be heated by heat recovery to a temperature of more than 50 °C and up to 85 °C before it reaches the heat pump or compressor. The latter aspect applies when a heat pump has been dispensed with.

Die Pathogene enthaltende Umgebungsluft kann nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers durch eine Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit zu dem Verdichter geführt und von dort über mindestens eine Leitung in den Wärmeübertrager, in dem die aus der Umgebung angesaugte Pathogene enthaltende Umgebungsluft vor dem Eintritt in die Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit vorerwärmt worden ist und die in die Umgebung rückgeführte in ihrer Pathogenität reduzierte Umgebungsluft gekühlt wird, rückgeführt werden. In der Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit kann die Pathogene enthaltende Luft durch das mit dem Kältemittelverdichter erwärmte Kältemittel zusätzlich erwärmt werden, wobei dort Lufttemperaturen im Bereich 70 °C bis 105 °C erreicht werden können.After flowing through the heat exchanger, the ambient air containing pathogens can be routed through a condenser-heat-exchanger unit to the compressor and from there via at least one line into the heat exchanger, in which the ambient air containing pathogens sucked in from the environment before entering the condenser-heat exchanger unit has been preheated and the pathogenicity-reduced ambient air returned to the environment is cooled. In the condenser-heat exchanger unit, the air containing pathogens can be additionally heated by the refrigerant heated with the refrigerant compressor, with air temperatures in the range of 70 °C to 105 °C being able to be reached there.

Das Kältemittel wird in der Wärmepumpe mittels des Kältemittelverdichters einer Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit zugeführt und in der Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit wird das Kältemittel teilweise kondensiert und Wärme an die angesaugte Pathogene enthaltende Umgebungsluft abgegeben. Dabei wird das teilweise kondensierte Kältemittel einem Kondensator über eine Leitung zugeführt und von dem Kondensator über ein Expansionsventil und ein zweites Ventil entweder im Kreislauf direkt über einen Verdampfer zu dem Kältemittelverdichter zurückgeführt oder mittels des zweiten Ventils über eine Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit bei der Rückführung zum Kältemittelverdichter in den Kältemittelverdampfer und so im Kreislauf rückgeführt werden kann. Das zweite Ventil kann dazu als Dreiwege-Ventil, das bevorzugt in Abhängigkeit der Temperatur, der aus dem Wärmeübertrager austretenden und an die Umgebung abzugebenden Umgebungsluft regelbar ist, ausgebildet sein.The refrigerant is fed in the heat pump by means of the refrigerant compressor to a condenser/heat exchanger unit and in the condenser/heat exchanger unit the refrigerant is partially condensed and heat is given off to the ambient air containing sucked pathogens. The partially condensed refrigerant is fed to a condenser via a line and returned from the condenser via an expansion valve and a second valve either in the circuit directly via an evaporator to the refrigerant compressor or by means of the second valve via an evaporator-heat exchanger unit on the return to Refrigerant compressor in the refrigerant evaporator and so can be recycled. For this purpose, the second valve can be designed as a three-way valve, which can preferably be regulated as a function of the temperature of the ambient air emerging from the heat exchanger and to be released to the environment.

In der Leitung in der die erwärmte Pathogene enthaltende Umgebungsluft aus dem Verdichter in Richtung Wärmeübertrager strömt und/oder mindestens einer Kammer, die mit dieser Leitung verbunden ist, sollte die auf eine Temperatur von mindestens 80 °C und maximal 150 °C erwärmte Umgebungsluft mit einer Verweilzeit über einen Zeitraum von mindestens 50 s gehalten werden, bevor sie dem Wärmeübertrager zugeführt und danach an die Umgebung abgeführt wird.In the line in which the heated ambient air containing pathogens flows from the compressor towards the heat exchanger and/or at least one chamber connected to this line, the ambient air heated to a temperature of at least 80 °C and at most 150 °C should have a Residence time must be maintained for a period of at least 50 s before it is fed to the heat exchanger and then discharged to the environment.

Die auf eine Temperatur von mindestens 80 °C und maximal 150 °C erwärmte Umgebungsluft sollte vorteilhaft über ein Zeitraum von mindestens 60 s, bevorzugt mindestens 120 s und besonders bevorzugt von mindestens 180 s gehalten werden, bevor sie bevorzugt dem Wärmeübertrager zugeführt wird, um eine ausreichende Verringerung der Pathogenität zu erreichen. Die Verweilzeit kann dabei auch in Abhängigkeit der jeweiligen in der Umgebungsluft enthaltenen Pathogene gewählt bzw. eingestellt werden.The ambient air heated to a temperature of at least 80 °C and a maximum of 150 °C should advantageously be maintained for a period of at least 60 s, preferably at least 120 s and particularly preferably at least 180 s before it is preferably fed to the heat exchanger in order to to achieve sufficient reduction in pathogenicity. The dwell time can also be selected or adjusted as a function of the respective pathogens contained in the ambient air.

Die Kammer(n) kann man auch als Verweilkammer(n) bezeichnen, deren Innenvolumen ausreichend groß ist, so dass die jeweils erforderliche Verweilzeit, die zum unschädlich machen von Pathogenen erforderlich ist, eingehalten werden kann. Ebenso ist die Verweilkammer so auszuführen, dass ein Innendruck von bis zu 1 MPa eingestellt werden kann.The chamber(s) can also be referred to as residence chamber(s), the internal volume of which is sufficiently large so that the residence time required in each case, which is required to render pathogens harmless, can be observed. The dwelling chamber must also be designed in such a way that an internal pressure of up to 1 MPa can be set.

Das Kältemittel kann zur Reglung der Temperatur der Umgebungsluft in der Leitung und/oder in der mindestens einen Kammer über ein erstes Ventil der Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit oder direkt zu dem Kondensator für das Kältemittel zugeführt werden. Dabei kann auch das erste Ventil ein Dreiwege-Ventil sein, mit dem der Volumenstrom an Kältemittel, der durch die Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit strömt, geregelt werden kann. Dadurch kann die Temperatur der Pathogene enthaltenden Umgebungsluft, die über die zur Verringerung der Pathogenität erforderliche Verweilzeit eingehalten werden soll, beeinflusst werden. Wobei dabei keine oder eine zusätzliche Erwärmung dieser Umgebungsluft möglich ist.To regulate the temperature of the ambient air in the line and/or in the at least one chamber, the refrigerant can be fed via a first valve to the condenser/heat exchanger unit or directly to the condenser for the refrigerant. In this case, the first valve can also be a three-way valve, with which the volume flow of refrigerant that flows through the condenser-heat-exchanger unit can be regulated. As a result, the temperature of the ambient air containing pathogens, which is to be maintained over the residence time required to reduce the pathogenicity, can be influenced. Whereby no or additional heating of this ambient air is possible.

In der Verbindungsleitung über die das Kältemittel vom zweiten Ventil zu einer Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit geführt wird, und ein drittes Ventil so eingebunden ist, kann das Kältemittel und aus der Umgebung angesaugte Umgebungsluft einer zweiten Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit zugeführt und in Strömungsrichtung nachfolgend das Kältemittel dem Verdampfer und die Umgebungsluft dem Wärmeübertrager zugeführt werden. Die ebenfalls der Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit zugeführte in ihrer Pathogenität reduzierte Umgebungsluft kann mittels der Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit zusätzlich vorerwärmt werden.In the connection line via which the refrigerant is routed from the second valve to an evaporator heat exchanger unit, and a third Valve is so integrated, the refrigerant and ambient air sucked in from the environment can be fed to a second evaporator-heat exchanger unit and the refrigerant can be fed to the evaporator and the ambient air to the heat exchanger in the direction of flow. The ambient air, which is also fed to the evaporator-heat-exchanger unit and has a reduced pathogenicity, can be additionally preheated by means of the evaporator-heat-exchanger unit.

Die Verweilzeit kann bevorzugt mittels der Leistung, mit der der Verdichter für Umgebungsluft betrieben wird, dem Innenvolumen der Leitung zwischen dem Verdichter und dem Wärmeübertrager oder der Leitung und der mindestens einen Kammer und dem Kammerinnendruck beeinflusst werden. Je geringer die Strömungsgeschwindigkeit bzw. je größer das jeweilige Innenvolumen ist, umso länger kann die Verweilzeit der zur Reduzierung der Pathogenität erwärmten Umgebungsluft eingehalten werden.The residence time can preferably be influenced by means of the power at which the compressor for ambient air is operated, the internal volume of the line between the compressor and the heat exchanger or the line and the at least one chamber and the internal chamber pressure. The lower the flow velocity or the larger the respective internal volume, the longer the dwell time of the ambient air heated to reduce pathogenicity can be maintained.

Die Wärmepumpe kann intermittierend betrieben und/oder die Erwärmung der Umgebungsluft kann auf andere Weise nicht kontinuierlich durchgeführt werden.The heat pump can be operated intermittently and/or the heating of the ambient air can otherwise be carried out non-continuously.

Es ist aber auch ein kontinuierlicher Betrieb, bei der Durchführung des Verfahrens möglich.However, continuous operation is also possible when carrying out the process.

Die mit dem Verdichter durch die Leitung strömende erwärmte Umgebungsluft kann alternierend jeweils einzelnen Kammern zugeführt werden, so dass die Mindestverweilzeit der bevorzugt auf mindestens 80 °C erwärmten Umgebungsluft eingehalten werden kann. Dabei sollte mindestens die Verweilzeit eingehalten werden, die Temperatur- und Druckerhöhung die durch den Verdichter und/oder die Wärmepumpe erreicht worden ist, kann ausreichend sein, so dass in der/den Kammer(n) diese Temperatur von 80° C nicht zwingend gehalten werden muss. Dazu können geeignete Ventile die erwärmte Umgebungsluft nacheinander einzelnen Kammern zuführen, bis eine jeweilige Kammer ausreichend gefüllt und die jeweils erforderliche Verweilzeit erreicht worden ist. Dann wird ein Einlassventil der jeweiligen Kammer geschlossen und ein Ventil am Auslass der Kammer geöffnet, so dass die in ihrer Pathogenität reduzierte Umgebungsluft in den Wärmeübertrager rückgeführt werden kann. Gleichzeit ist ein Einlass an einer anderen Kammer für ein Einströmen von ausreichend erwärmter noch aktive Pathogene enthaltender Umgebungsluft geöffnet und dort der jeweilige Auslass gesperrt. Dies kann nacheinander mit mindestens zwei, bevorzugt drei Kammern erreicht werden.The heated ambient air flowing through the line with the compressor can be supplied alternately to individual chambers, so that the minimum dwell time of the ambient air, which is preferably heated to at least 80° C., can be maintained. At least the residence time should be observed, the temperature and pressure increase that has been achieved by the compressor and/or the heat pump can be sufficient so that this temperature of 80° C does not necessarily have to be maintained in the chamber(s). must. For this purpose, suitable valves can supply the heated ambient air to individual chambers one after the other until a respective chamber has been sufficiently filled and the required dwell time has been reached. An inlet valve of the respective chamber is then closed and a valve at the outlet of the chamber is opened, so that the ambient air, which has been reduced in its pathogenicity, can be returned to the heat exchanger. At the same time, an inlet at another chamber is opened for an inflow of sufficiently heated ambient air that still contains active pathogens, and the respective outlet there is blocked. This can be achieved with at least two, preferably three, chambers in succession.

Das Erwärmungssystem für die Umgebungsluft ist bei der Vorrichtung mit dem Wärmeübertrager, dem Verdichter, der Leitung und/oder der Leitung sowie mindestens einer Kammer gebildet.The heating system for the ambient air is formed in the device with the heat exchanger, the compressor, the line and/or the line and at least one chamber.

Die Wärmepumpe ist mit dem Kältemittelverdichter, der Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit, dem Kondensator, dem Expansionsventil sowie dem Verdampfer gebildet, wobei die Umgebungsluft und die in ihrer Pathogenität reduzierte Umgebungsluft im Gegenstrom durch den Wärmeübertrager und die Pathogene enthaltende Umgebungsluft und das Kältemittel voneinander getrennt durch die Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit geführt sind. Auch das Expansionsventil sollte vorteilhaft regelbar sein.The heat pump is formed with the refrigerant compressor, the condenser-heat exchanger unit, the condenser, the expansion valve and the evaporator, with the ambient air and the ambient air reduced in its pathogenicity in counterflow through the heat exchanger and the pathogen-containing ambient air and the refrigerant separated from each other by the condenser-heat exchanger unit are guided. The expansion valve should also advantageously be controllable.

Im Wärmepumpenkreislauf kann eine zusätzliche über ein drittes Ventil ansteuerbare zweite von Kältemittel durchströmte Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit vorhanden sein, durch die die Pathogene enthaltende Umgebungsluft direkt aus der Umgebung in die Erwärmungseinheit einströmt.In the heat pump circuit, there can be an additional second evaporator heat exchanger unit through which refrigerant flows, which can be controlled via a third valve and through which the ambient air containing pathogens flows directly from the environment into the heating unit.

Im Wärmepumpenkreislauf kann ein erstes Ventil vorhanden sein, mit dem Kältemittel vom Kältemittelverdichter der Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit und/oder direkt dem Kondensator zuführbar ist.A first valve can be present in the heat pump circuit, with which refrigerant can be fed from the refrigerant compressor to the condenser/heat exchanger unit and/or directly to the condenser.

Als Kältemittel kann man die üblicherweise bei Wärmepumpen eingesetzten chemischen Verbindungen oder Gemische einsetzen. So hat sich u.a. Isobutan als geeignet erwiesen.The chemical compounds or mixtures commonly used in heat pumps can be used as refrigerants. Isobutane, among other things, has proven to be suitable.

Mit der Erfindung gelingt es insbesondere durch den kombinierten Einsatz von Wärmeübertrager zur Vorwärmung der Pathogene enthaltenden Umgebungsluft unter Nutzung von Abwärme aus dem Prozess sowie dem Einsatz einer Wärmepumpe, die zur erforderlichen Erwärmung der Pathogene enthaltenden Umgebungsluft sowie auch zur weiteren Abkühlung der an die Umgebung abzugebenden Umgebungsluft, bei der die Pathogenität reduziert worden ist, so dass eine unerwünscht zu hohe Erwärmung der Umgebung, insbesondere der jeweilige geschlossene Raum aus dem die Pathogene enthaltende Umgebungsluft abgesaugt worden ist, vermieden werden kann. Dabei wird insbesondere zur Kühlung der durch Wärmebehandlung in ihrer Pathogenität reduzierten Umgebungsluft vor dem Rückführen in die Umgebung, wenn überhaupt nur sehr wenig Energie benötigt.With the invention, it is possible, in particular through the combined use of heat exchangers to preheat the ambient air containing pathogens using waste heat from the process and the use of a heat pump, to heat the ambient air containing pathogens as required and also to further cool the ambient air to be released into the environment , in which the pathogenicity has been reduced, so that an undesirably excessive heating of the environment, in particular the respective closed space from which the ambient air containing the pathogens has been sucked off, can be avoided. In particular, only very little energy, if any, is required in order to cool the ambient air, which has been reduced in its pathogenicity by heat treatment, before it is returned to the environment.

Der alleinige Einsatz eines Verdichters (z.B. nach dem Prinzip eines Kolbenkompressors) ist möglich und vorteilhaft, da das bewegte Luftvolumen im Verdichter kurzzeitig komprimiert, erwärmt, kurz gehalten und entspannt wird. Dabei kann es schon zu einer Inaktivierung der Pathogene kommen. Bei einem Axialverdichter sollten Möglichkeiten gegeben sein, um eine ausreichend lange Verweilzeit der mit dem Verdichter komprimierten und erwärmten Umgebungsluft einhalten zu können.The sole use of a compressor (e.g. according to the principle of a piston compressor) is possible and advantageous, since the volume of air moved in the compressor is briefly compressed, heated, briefly held and expanded. This can lead to inactivation of the pathogens. With an axial compressor, possibilities should be given to ensure a sufficiently long residence time of the the ambient air compressed and heated by the compressor.

Außerdem bietet eine Wärmepumpe vorteilhaft mehrere Möglichkeiten für geeignete Temperierungen der Umgebungsluft während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit denen die jeweils erforderlichen Temperaturen eingestellt bzw. eingehalten werden können.In addition, a heat pump advantageously offers several options for suitable temperature control of the ambient air while the method according to the invention is being carried out, with which the temperatures required in each case can be set or maintained.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine CO₂-Bildung erfolgt und somit keine Anreicherung damit im jeweiligen Raum oder der Umgebung zu verzeichnen ist.A further advantage is that no CO ₂ is formed and therefore no accumulation of CO 2 can be recorded in the respective room or the environment.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Dabei zeigt:

1 in schematischer Form anhand eines Blockschaltbilds ein Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

The invention will be explained in more detail below by way of example. It shows:

1 in schematic form based on a block diagram, an example of a device for carrying out the method.

Aus Übersichtsgründen soll zuerst die Behandlung der durch das Erwärmungssystem geführten Umgebungsluft erläutert werden, wie es bei diesem Beispiel ausgebildet ist.For reasons of clarity, the treatment of the ambient air guided through the heating system will first be explained, as is the case in this example.

Die Pathogene enthaltende Umgebungsluft wird mittels eines Verdichters 1 über den Lufteintritt in das Erwärmungssystem eingesaugt und zuerst noch bei der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsatmosphärendruck durch den Wärmeübertrager 2 geführt, um sich dort infolge von Wärmeaufnahme auf eine Temperatur von bis zu 50 °C zu erwärmen. Der Umgebungsdruck bleibt beibehalten. Aus dem Wärmeübertrager 2 wird die vorgewärmte noch Pathogene enthaltende Umgebungsluft durch eine Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit 3 zum Verdichter 1 gesaugt. In dieser Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit 3 kann eine weitere Erwärmung durch Wärmetausch mit dem verdichteten Kältemittel auf eine Temperatur im Bereich 70 °C bis 105 °C erreicht werden, wenn das Kältemittel über das erste Ventil 6 durch die Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit 3 strömt. Mit dem Verdichter 1 erfolgt eine weitere Erwärmung der Umgebungsluft, so dass eine Temperatur der Luft von 85 °C bis 150 °C und eine Druckerhöhung zwischen 300 kPa und 15000 kPa erreicht werden können. Über die Leitung 4 gelangt die erwärmte und verdichtete Umgebungsluft in eine der Kammern 12.1, 12.2 oder 12.3, wie dies im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden ist. Nach Einhaltung der jeweils benötigten Verweilzeit verlässt die noch komprimierte zumindest weitgehend entpathogenisierte Umgebungsluft die jeweilige Kammer 12.1, 12.2 oder 12.3 und wird im Gegenstrom zur angesaugten Pathogene enthaltenden Umgebungsluft durch den Wärmeübertrager 2 geführt, wobei die Temperatur dieser Umgebungsluft auf eine Temperatur im Bereich 10 °C bis 60 °C reduziert wird. Bei diesem Beispiel wird die vorgekühlte zumindest weitestgehend von aktiven Pathogenen freie Luft durch die erste Verdampfer-Wärmestauscher-Einheit 15 geführt. Dort kann eine weitere Abkühlung auf eine Temperatur kleiner 50 °C bis hin zur Umgebungstemperatur erreicht werden, wenn über das zweite Ventil 9 expandiertes und kondensiertes Kältemittel zu seiner Verdampfung durch die erste Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit 15 strömt und dabei die Umgebungsluft vor dem Luftaustritt weiter abgekühlt wird.The ambient air containing pathogens is sucked into the heating system via the air inlet by means of a compressor 1 and first passed through the heat exchanger 2 at the ambient temperature and the ambient atmospheric pressure in order to heat up there to a temperature of up to 50 °C as a result of heat absorption. The ambient pressure is maintained. The preheated ambient air, which still contains pathogens, is drawn from the heat exchanger 2 through a condenser-heat exchanger unit 3 to the compressor 1 . In this condenser heat exchanger unit 3 , further heating can be achieved by heat exchange with the compressed refrigerant to a temperature in the range of 70° C. to 105° C. when the refrigerant flows through the condenser heat exchanger unit 3 via the first valve 6 . The compressor 1 heats the ambient air further, so that an air temperature of 85° C. to 150° C. and a pressure increase of between 300 kPa and 15000 kPa can be achieved. The heated and compressed ambient air reaches one of the chambers 12.1, 12.2 or 12.3 via the line 4, as has been explained in the general part of the description. After the required dwell time has been observed, the still compressed, at least largely depathogenized, ambient air leaves the respective chamber 12.1, 12.2 or 12.3 and is conducted through the heat exchanger 2 in countercurrent to the ambient air containing pathogens that have been sucked in, with the temperature of this ambient air being reduced to a temperature in the range of 10 °C reduced to 60 °C. In this example, the pre-cooled air that is at least largely free of active pathogens is passed through the first evaporator heat exchanger unit 15 . There, further cooling down to a temperature of less than 50 °C down to the ambient temperature can be achieved if expanded and condensed refrigerant flows via the second valve 9 through the first evaporator-heat exchanger unit 15 for its evaporation and the ambient air continues before the air outlet is cooled.

So kann in ihrer Pathogenität reduzierte oder gar pathogenfreie Luft, die keine aktive oder aktivierbare Pathogene enthaltende Luft bei geeigneter Temperatur an die Umgebung durch den Luftaustritt abgegeben werden.Air that is reduced in its pathogenicity or even pathogen-free air, which does not contain any active or activatable pathogens, can be emitted at a suitable temperature to the environment through the air outlet.

Die Wärmepumpe bildet einen Kältemittelkreislauf, bei dem Kältemittel mittels des Kältemittelverdichters 5 durch Leitungen ventilgesteuert im geschlossenen Kreis gefördert wird. Das Kältemittel wird mit dem Kältemittelverdichter 5 auf einen Druck von maximal 3000 kPa verdichtet und gelangt zum ersten Ventil 6. Es hat dort eine Temperatur im Bereich 80 °C bis 150 °C erreicht. Mit dem bevorzugt in Abhängigkeit der Temperatur, der mit dem Wärmeübertrager 2 vorgewärmten Pathogene enthaltenden Umgebungsluft regelbaren ersten Ventil 6, kann Kältemittel mit einem entsprechenden Volumenstrom durch die Kondensator-Wärmeübertrager-Einheit 3 und/oder direkt zu dem Kondensator 7 geführt werden. Die Temperatur und der Druck bleiben dabei im oben angegeben Bereich.The heat pump forms a refrigerant circuit in which refrigerant is conveyed in a closed circuit by means of the refrigerant compressor 5 through lines in a valve-controlled manner. The refrigerant is compressed by the refrigerant compressor 5 to a maximum pressure of 3000 kPa and reaches the first valve 6. There it has reached a temperature in the range of 80°C to 150°C. With the first valve 6, which can preferably be controlled as a function of the temperature of the ambient air containing pathogens preheated by the heat exchanger 2, refrigerant can be routed through the condenser-heat exchanger unit 3 and/or directly to the condenser 7 with a corresponding volume flow. The temperature and pressure remain in the range specified above.

Im Anschluss an den Kondensator 7 strömt das Kältemittel durch das Expansionsventil 8. Dabei werden der Druck des Kältemittels auf einen Druck kleiner 1000 kPa und die Temperatur auf 4 °C bis 14 °C reduziert. Das Expansionsventil 8 sollte vorteilhaft in Abhängigkeit der Kältemitteltemperatur regelbar sein.Following the condenser 7, the refrigerant flows through the expansion valve 8. The pressure of the refrigerant is reduced to a pressure of less than 1000 kPa and the temperature to 4 °C to 14 °C. The expansion valve 8 should advantageously be controllable as a function of the refrigerant temperature.

Mit dem ebenfalls bevorzugt regelbaren zweiten Ventil 9 können die Volumenströme des Kältemittels in Abhängigkeit der Temperatur der den Wärmeübertrager 2 in Richtung Luftaustritt durchströmenden Umgebungsluft beeinflusst werden, das einmal direkt in Richtung Kältemittelverdichter 5 oder über die erste Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit 15 dorthin geführt werden kann.With the second valve 9, which is also preferably controllable, the volume flows of the refrigerant can be influenced as a function of the temperature of the ambient air flowing through the heat exchanger 2 in the direction of the air outlet .

In der Leitung zwischen dem zweiten Ventil 9 und dem Kältemittelverdichter 5 ist ein weiteres viertes Ventil 16 vorhanden, mit dem ein Rückströmen von Kältemittel in die erste Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit 15 vermieden werden kann.In the line between the second valve 9 and the refrigerant compressor 5 there is a further fourth valve 16 with which refrigerant can be prevented from flowing back into the first evaporator/heat exchanger unit 15 .

Bei diesem Beispiel kann optional ein drittes Ventil 13 in der Leitung zwischen dem zweiten Ventil 9, vor dem Verdampfer 10 für Kältemittel angeordnet sein. Über das dritte Ventil 13 kann kaltes Kältemittel zur zweiten optionalen Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit 14 und durch diese hindurch in Richtung Verdampfer 10 strömen. Dort kann die Pathogene enthaltende durch den Lufteintritt in das Erwärmungssystem einströmende Umgebungsluft vor dem Eintritt in den Wärmeübertrager 2 temperiert werden, wenn dies erforderlich sein sollte. Das Kältemittel tritt in die zweite optionale Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheit 14 mit einer Temperatur zwischen 4 °C und 14 °C und einem Druck kleiner 1 MPa ein.In this example, a third valve 13 can optionally be arranged in the line between the second valve 9 before the evaporator 10 for refrigerant be. Cold refrigerant can flow via the third valve 13 to the second optional evaporator heat exchanger unit 14 and through it in the direction of the evaporator 10 . The ambient air containing pathogens flowing through the air inlet into the heating system can be tempered there before entering the heat exchanger 2, if this should be necessary. The refrigerant enters the second optional evaporator heat exchanger unit 14 at a temperature between 4°C and 14°C and a pressure of less than 1 MPa.

Alle Temperatur- und Druckangaben sind auf Isobutan als Kältemittel bezogen.All temperature and pressure data are based on isobutane as a refrigerant.

BezugszeichenlisteReference List

11: Verdichtercompressor
22: Wärmeübertragerheat exchanger
33: Kondensator-Wärmeübertrager-EinheitCondenser heat exchanger unit
44: LeitungManagement
55: Kältemittelverdichterrefrigerant compressor
66: erstes Ventilfirst valve
77: Kondensatorcapacitor
88th: Expansionsventilexpansion valve
99: zweites Ventilsecond valve
1010: VerdampferEvaporator
12.112.1: Kammerchamber
12.212.2: Kammerchamber
12.312.3: Kammerchamber
1313: drittes Ventilthird valve
1414: zweite Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheitsecond evaporator heat exchanger unit
1515: erste Verdampfer-Wärmeübertrager-Einheitfirst evaporator heat exchanger unit
1616: viertes Ventilfourth valve

Claims

Method for reducing the pathogenicity of pathogens, in particular of parasitic molecules contained in ambient air, in which ambient air containing pathogens is sucked in from the environment on the suction side by means of a compressor (1) and compressed to a pressure of at least 250 kPa and then the Pathogenicity-reduced air that has been reduced back to the ambient pressure is released into the environment, with air compressed at least with an axial compressor being released into the environment after a dwell time of at least 1 s has elapsed, during which the compressed air is kept at a pressure of at least 250 kPa .

procedure after claim 1 , characterized in that the ambient air containing pathogens is sucked in from the surroundings into a heating system on the suction side by means of the compressor (1) and/or passed through a heat exchanger (2) and/or the ambient air is heated with a heat pump and/or the heat exchanger (2nd ) is discharged through flowing to the environment, whereby the ambient air within the heating system is kept at a temperature of at least 80 °C with a dwell time of at least 50 s before it is released to the environment or flows through the heat exchanger (2) and then to the environment is released.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the ambient air containing pathogens, after flowing through the heat exchanger (2), is guided through a condenser-heat exchanger unit (3) to the compressor (1) and from there via at least one line (4) into the heat exchanger (2) , in which the ambient air sucked in from the environment and containing pathogens has been preheated before it enters the condenser-heat exchanger unit (3) and the ambient air returned to the environment, which is reduced in its pathogenicity, is cooled, with refrigerant in the heat pump using a refrigerant compressor (5) to a condenser/heat exchanger unit (3) and in the condenser/heat exchanger unit (3) the refrigerant partially condenses and gives off heat to the ambient air containing sucked pathogens, with the partly condensed refrigerant passing through a condenser (7). a line and returned from the condenser (7) via an expansion valve (8) and a second valve (9) either in the circuit directly via an evaporator (10) to the refrigerant compressor (5) or by means of the second valve (9) via a Evaporator-heat exchanger unit (15) is returned to the refrigerant evaporator (10) and so in the circuit when it is returned to the refrigerant compressor (5), with the line (4) and/or at least one chamber (12.1, 12.2, 12.3) is connected to the line (4), the ambient air heated to a maximum temperature of 150 °C is kept for a period of at least 50 s before it is fed to the heat exchanger (2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the Line (4) and/or at least one chamber (12.1, 12.2, 12.3), which is connected to the line (4), the ambient air heated to a temperature of at least 80 °C and at most 150 °C for a period of at least 60 s, preferably at least 120 s and particularly preferably at least 180 s, before it is fed to the heat exchanger (2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that refrigerant for regulating the temperature of the ambient air in the line (4) and/or in the at least one chamber (12.1, 12.2, 12.3) via a first valve (6) of the condenser heat exchanger -Unit (3) or directly to the condenser (7) for the refrigerant is fed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the connecting line via which the refrigerant is routed from the second valve (9) to a first evaporator-heat exchanger unit (15), and a third valve (13) is integrated in such a way that Refrigerant and ambient air sucked in from the surroundings are fed to a second evaporator-heat exchanger unit (14) and the refrigerant is then fed to the evaporator (10) and the ambient air to the heat exchanger (2) in the direction of flow.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the residence time by means of the power with which the compressor (1) is operated for ambient air, the internal volume of the line (4) between the air compressor (1) and the heat exchanger (2) or the Line (4) and the at least one chamber (12.1, 12.2, 12.3) is influenced.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pump is operated intermittently and/or the ambient air is not heated continuously.

Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the method is carried out continuously.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heated ambient air flowing with the compressor (1) through the line (4) is supplied alternately to individual chambers (12.1, 12.2, 12.3), so that the minimum residence time of the at least 80 ° C heated ambient air is maintained.

Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that the device for treating ambient air containing pathogens is formed with at least one compressor (1), with at least one axial compressor having compressed air in a sufficiently long line or at least one chamber within the Dwell time is held before this air is relaxed and released to the environment.

Device according to the preceding claim, characterized in that the heating system for the ambient air with the heat exchanger (2), the compressor (1), the line (4) and/or the line (4) and at least one chamber (12.1, 12.2, 12.3) and the heat pump with the refrigerant compressor (5), the condenser-heat exchanger unit (3), the condenser (7), the expansion valve (8) and the evaporator (10) are formed, with the ambient air and in its pathogenicity reduced ambient air in counterflow through the heat exchanger (2) and the ambient air containing pathogens and the refrigerant are guided separately through the condenser-heat exchanger unit (3 and 15).

Device according to the preceding claim, characterized in that in the heat pump circuit there is an additional second evaporator-heat exchanger unit (14) through which refrigerant flows, which can be controlled via a third valve (13), through which the ambient air containing pathogens directly from the environment into the heating unit flows in.

Device according to one of the two preceding claims, characterized in that there is a first valve (6) in the heat pump circuit, with which the refrigerant can be fed from the refrigerant compressor (5) to the condenser/heat exchanger unit (3) and/or directly to the condenser (7). is.