DE112014000269T5

DE112014000269T5 - Vorrichtung zum Reinigen von Luft unter Verwendung einer ultravioletten Leuchtdiode

Info

Publication number: DE112014000269T5
Application number: DE112014000269.0T
Authority: DE
Inventors: Jong Rack KIM; Seong Min Lee; Jae Seon YI; Young Hwan Son
Original assignee: Seoul Viosys Co Ltd
Current assignee: Seoul Viosys Co Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2015-10-15
Also published as: US20150359922A1; KR20140095875A; CN104955490B; US9974881B2; CN107537053B; WO2014116066A1; CN107537053A; CN104955490A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reinigen von Luft, die eine UV-LED umfasst, die effizient in Rohren strömende Luft durch eine effektive Kombination der UV-LED und eines Photokatalysators reinigen kann und die in einem Kanal strömende Luft durch die Intensivierung der Reinigungsfunktion oder die Erhöhung der Anzahl der Reinigungsschritte effektiv reinigen kann, wenn die Konzentration schädlicher Substanzen zunimmt. Die Vorrichtung zur Luftreinigung umfasst: ein Gehäuse, das einen Einlass umfasst, der so ausgelegt ist, dass er Luft zuführt, einen Auslass, der so ausgelegt ist, dass er Luft ablässt, sowie einen zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass angeordneten Kanal; eine in dem Kanal angeordnete Photokatalysatoreinheit; und ein UV-LED-Modul, das in dem Kanal angeordnet ist und eine Mehrzahl von ersten UV-LEDs umfasst, die so angeordnet sind, dass sie das UV-Licht von der Seite der Zuleitung zu der Seite des Auslasses abstrahlen.

Description

[Gegenstand der Erfindung]
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zum Reinigen von Luft, die eine ultraviolette Leuchtdiode (UV-LED) umfasst, und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Reinigen von Luft, die eine UV-LED umfasst, die effizient in einem Kanal strömende Luft durch eine effektive Kombination aus der UV-LED und einem Photokatalysator reinigen kann und die in dem Kanal strömende Luft durch die Intensivierung der Reinigungsfunktion oder die Erhöhung der Anzahl der Reinigungsschritte effektiv reinigen kann, wenn die Konzentration schädlicher Substanzen zunimmt.
[Stand der Technik]
Im Allgemeinen sind saubere Luft, eine geeignete Temperatur und eine geeignete Luftfeuchte wichtige Faktoren, welche die Qualität des Raumklimas bestimmen. Aufgrund der Urbanisierung und Industrialisierung der letzten Zeit kann die in Innenräumen urbaner und industrieller Gebäude oder geschlossenen Fahrzeuginnenräumen vorhandene Luft diverse schädliche Substanzen enthalten. In dieser Patentschrift bezieht sich der Ausdruck „schädliche Substanzen“ auf infektiöse Mikroorganismen, die sich über die Luft verbreiten, organische Schadstoffe, atmosphärische Schadstoffe, schädliche riechende Gase und dergleichen.
Derartige schädliche Substanzen können die Immunität des Menschen schwächen und in schweren Fällen diverse Krankheiten, einschließlich chronischer Bronchitis, Lungenfunktionsschäden usw., hervorrufen und eine direkte Lebensbedrohung darstellen. Unter diesen Umständen wurden zur Verbesserung der Luftqualität in Innenräumen oder geschlossenen Räumen diverse Verfahren zur Luftreinigung eingeführt.
Ein Beispiel für konventionelle Verfahren zur Luftreinigung beinhaltet ein Verfahren zum Durchführen der Luftreinigung mittels Adsorption einiger in der Luft enthaltener Stäube und schädlicher Substanzen durch das Verwenden eines Vliesstoffs oder eines Aktivkohlefilters, der bzw. das in einem Entlüfter oder einer in einem Kanal befindlichen Lüftungsöffnung angebracht ist. Diese konventionelle Technik ist jedoch ein Verfahren, bei dem schädliche Substanzen mittels Adsorption entfernt werden, und weist dahingehend Nachteile auf, dass das Filter, da die schädlichen Substanzen nicht abgebaut werden, in regelmäßigen Abständen aufgrund der Adsorption ersetzt werden muss, wodurch sich die Lebensdauer der verwendeten Vorrichtung verringert.
Ein weiteres Beispiel für konventionelle Verfahren zur Luftreinigung beinhaltet ein Reinigungsverfahren, das einen Ionisator oder dergleichen verwendet. Dieses Verfahren zur Luftreinigung ist ein Verfahren zur Luftreinigung, das beispielsweise in Fahrzeugen oder Klimaanlagen eingesetzt wird, und umfasst das Filtern schädlicher Substanzen in von außen zugeführter Luft, die einen Verdampferkern und ein mit einer antimikrobiellen Substanz überzogenes Filter durchströmt. Das Verfahren zur Luftreinigung unter Verwendung des Ionisators weist jedoch dahingehend ein Problem auf, dass für den menschlichen Körper schädliches Ozon erzeugt wird.
Ein wieder anderes Beispiel für konventionelle Verfahren zur Luftreinigung beinhaltet ein Verfahren, welches die Entfernung von Partikeln wie etwa Staub aus der Luft unter Verwendung eines HEPA-Filters und danach die Behandlung der Luft mit Ozon oder Titandioxid zum Erzeugen von Anionen oder zum Desodorieren der Luft umfasst. Bei diesem Verfahren bestehen Probleme dahingehend, dass, wenn eine hohe Spannung an eine Elektrode angelegt wird, um die Desodorierungs- und Sterilisationsfunktionen des eine Gitterstruktur aufweisenden losen Titandioxid-Katalysators zu aktivieren, ein starkes elektrisches Feld an einem Teil der Elektrode angelegt wird, um eine elektrische Entladung hervorzurufen, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrads des Katalysators führt, oder dass die Verwendung der hohen Spannung ein Brandrisiko beinhaltet, die Dicke des Katalysators einschränkt und die Stärke des Katalysators verringert.
Um die oben dargelegten Probleme zu lösen, kann ein Verfahren zur Luftreinigung in Betracht gezogen werden, das eine UV-Lampe verwendet. Das eine UV-Lampe verwendende Verfahren zur Luftreinigung weist jedoch dahingehend eine Einschränkung auf, dass es nur an einem Ort eingesetzt werden kann, der die Haltbarkeit der UV-Lampe gewährleistet und die Größe der UV-Lampe aufnehmen kann. Wenn das eine UV-Lampe verwendende Verfahren zur Luftreinigung beispielsweise in einem Fahrzeug angewendet wird, kann die UV-Lampe leicht durch die Vibrationen oder Stöße des Fahrzeugs beschädigt werden. Aus diesem Grund ist es schwierig, dieses Verfahren tatsächlich in Fahrzeugen anzuwenden.
Ferner weist ein Verfahren zur Luftreinigung, das eine UV-Lampe und einen Photokatalysator verwendet, die Nachteile auf, dass die Größe der UV-Lampe es erschwert, die Vorrichtung zur Luftreinigung zu verkleinern, und dass eine relativ große Energiemenge verbraucht wird, um den Photokatalysator zu aktivieren, da die UV-Lampe zusätzlich zu der zum Aktivieren des Photokatalysators verwendeten Wellenlänge mehrere Wellenlängen einschließt, die nicht zum Aktivieren des Photokatalysators genutzt werden.
[Offenbarung]
[Technische Aufgabe]
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Luftreinigung, die eine ultraviolette Leuchtdiode (UV-LED) umfasst, die die in einem Kanal strömende Luft effektiv durch eine effektive Kombination aus der UV-LED und einem Photokatalysator und eine Struktur mit einer erhöhten Luftretentionszeit reinigt.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Luftreinigung, die eine UV-LED umfasst, welche die in einem Kanal strömende Luft effektiv durch eine Intensivierung der Reinigungsfunktion oder eine Erhöhung der Anzahl der Reinigungsschritte reinigt, wenn die Konzentration schädlicher Substanzen höher ist als ein Standard.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine preisgünstige und hocheffiziente Vorrichtung zur Luftreinigung, die eine UV-LED umfasst, die vorteilhaft an Armlehnen in Fahrzeugen und dergleichen angewendet werden kann.
[Technische Lösung]
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Luftreinigung, umfassend eine ultraviolette Leuchtdiode (UV-LED): ein Gehäuse, das einen Einlass, der so ausgelegt ist, dass er Luft zuführt, einen Auslass, der so ausgelegt ist, dass er Luft ablässt, sowie einen zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass angeordneten Kanal umfasst; eine in dem Kanal angeordnete Photokatalysatoreinheit; und ein in dem Kanal angeordnetes ultraviolettes Leuchtdioden-(UV-LED-)Modul, das eine Mehrzahl erster ultravioletter Leuchtdioden (UV-LEDs), die so angeordnet sind, dass sie UV-Licht von der Seite des Einlasses zur Seite des Auslasses abstrahlen.
Das UV-LED-Modul kann ferner Folgendes umfassen: ein Substrat, das so ausgelegt ist, dass es die Mehrzahl von ersten UV-LEDs trägt, und das eine Mehrzahl von zwischen der Mehrzahl von ersten UV-LEDs bereitgestellten Öffnungen umfasst; und einen Luftführungsabschnitt, der von dem Substrat in Richtung des Einlasses vorsteht und eine konische Form, eine Pyramidenform, eine Halbkugelform oder eine Kombination davon aufweist. Hierbei kann das UV-LED-Modul dergestalt ausgelegt sein, dass die dem Kanal zugeführte Luft über den Luftführungsabschnitt geführt wird und danach durch die Öffnungen des Substrats strömt.
Das Substrat kann eine Wärmesenke (Kühlkörper) aufweisen, die so ausgelegt ist, dass sie Wärme von der Mehrheit von ersten UV-LEDs ableitet, wobei die Wärmesenke in einem Stück mit dem Luftführungsabschnitt gefertigt sein kann.
Die Vorrichtung zur Luftreinigung kann ferner einen wirbelbildenden Abschnitt umfassen, der in dem Kanal bereitgestellt wird und so ausgelegt ist, dass er Wirbel in dem Luftstrom bildet. Hierbei kann der wirbelbildende Abschnitt einen an der Innenwand des Kanals gebildeten Vorsprung aufweisen. Weiterhin kann der wirbelbildende Abschnitt mindestens ein Paar strömungswegbildender Abschnitte aufweisen, die entweder so angeordnet sind, dass sie einander an der Innenwand des Kanals kreuzen, um den Strömungsweg der Luft zu erhöhen, oder so, dass sie von der Innenwand des Kanals in unterschiedliche Richtungen vorstehen.
Die Photokatalysatoreinheit kann eine poröse Struktur und einen Photokatalysator-Überzug auf der porösen Struktur aufweisen. Hierbei kann die poröse Struktur Metallschaum enthalten. Der Photokatalysator kann zumindest ein Material beinhalten, das aus Titandioxid (TiO₂), Zinkoxid (ZnO), Cadmiumsulfid (CdS), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Zinnoxid (SnO₂), Vanadiumoxid (V₂O₂), Wolframtrioxid (WO₃) und Strontiumtitanat (SrTiO₃) ausgewählt ist.
Die Vorrichtung zur Luftreinigung kann ferner ein zwischen der Innenwand des Kanals und dem UV-LED-Modul angeordnetes elastisches Element beinhalten.
Die Vorrichtung zur Luftreinigung kann ferner eine zweite UV-LED enthalten, die nach einem von dem Photokatalysator gebildeten Photokatalysatorbereich angeordnet ist, wobei die zweite UV-LED so ausgelegt ist, dass sie in dem Kanal strömende Luft direkt durch UV-Licht sterilisiert.
Die ersten UV-LEDs können UV-LEDs umfassen, die so ausgelegt sind, dass sie UV-Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm oder kürzer ausstrahlen, wie im ISO-Normentwurf zur Bestimmung von Solarstrahlung (ISO-DIS-21348) angegeben, und die zweite UV-LED kann eine UV-LED umfassen, die so ausgelegt ist, dass sie UV-Licht mit einer Wellenlänge zwischen 255 nm und 300 nm ausstrahlt.
Die Vorrichtung zur Luftreinigung kann ferner einen strömungswegeinschränkenden Abschnitt umfassen, der von der Innenwand des Kanals vorsteht, sodass er den Strömungsweg der Luft im Bereich der Strahlung des UV-Lichts von der zweiten UV-LED einschränkt.
Die zweite UV-LED kann in einem Stück mit dem strömungswegeinschränkenden Abschnitt bereitgestellt werden.
Die Vorrichtung zur Luftreinigung kann ferner einen Potentiostaten umfassen, der so ausgelegt ist, dass er eine Potenzialdifferenz in dem Photokatalysator der Photokatalysatoreinheit erzeugt. Hierbei kann der Potentiostat eine Referenzelektrode, die mit einem Ende der porösen Struktur verbunden ist, die den Photokatalysator trägt, und eine Arbeitselektrode, die mit dem anderen Ende der porösen Struktur verbunden ist, aufweisen und kann so ausgelegt sein, dass er eine Spannung an die Referenzelektrode und die Arbeitselektrode anlegt, sodass der Photokatalysator eine vorbestimmte Potenzialdifferenz aufweist.
Das Gehäuse kann einem Gehäuse für mindestens eine Luftzuleitung und -ableitung für eine Armlehne in einem Fahrzeug, eine Klimaanlage oder eine Heizung entsprechen.
Das Gehäuse kann ein Gehäuse für eine Armlehne in einem Fahrzeug sein und kann eine erste Luftreinigungseinheit und eine zweite Luftreinigungseinheit umfassen, wobei die erste Luftreinigungseinheit Folgendes umfassen kann: eine erste Zuleitung und eine zweite Zuleitung, die dem Einlass entsprechen; eine erste Ableitung und eine zweite Ableitung, die dem Auslass entsprechen; und einen ersten Kanal, der dem Kanal entspricht und zwischen der ersten Zuleitung und der ersten Ableitung bereitgestellt ist, und einen zweiten Kanal, der dem Kanal entspricht und zwischen der zweiten Zuleitung und der zweiten Ableitung bereitgestellt ist. Hierbei kann die erste Zuleitung mit einer Klimaanlage im Fahrzeug verbunden sein, kann die erste Ableitung an einer ersten Außenfläche des Gehäuses angeordnet sein, sodass sie im Inneren des Fahrzeugs freiliegt, kann die zweite Zuleitung an einer zweiten Außenfläche des Gehäuses angeordnet sein, sodass sie im Inneren des Fahrzeugs freiliegt, und kann die zweite Ableitung an einer dritten Außenfläche des Gehäuses angeordnet sein, sodass sie im Inneren des Fahrzeugs freiliegt.
Die Vorrichtung zur Luftreinigung kann ferner einen Umluftventilator umfassen, der in der zweiten Zuleitung angeordnet und dergestalt ausgelegt ist, dass er im Fahrzeug Luft in den zweiten Kanal einführt.
[Vorteilhafte Wirkungen]
Die Vorrichtung zur Luftreinigung, die eine ultraviolette Leuchtdiode (UV-LED) gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, hat die Wirkung, dass sie durch eine Kombination aus der UV-LED und einem Photokatalysator und eine Struktur mit einer erhöhten Luftretentionszeit effektiv die in einem Kanal strömende Luft reinigt.
Die eine UV-LED umfassende Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Wirkung, dass sie in einem Kanal strömende Luft effektiv durch eine Intensivierung der Reinigungsfunktion oder eine Erhöhung der Anzahl der Reinigungsschritte reinigt, wenn die Konzentration schädlicher Substanzen höher ist als ein Standard.
Die eine UV-LED umfassende Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft in einer Armlehne in einem Fahrzeug oder der Lufteintrittsöffnung oder der Belüftungsöffnung von Klimaanlagen oder Heizungen verwendet werden.
[Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht eines ultravioletten Leuchtdioden-(UV-LED-)Moduls, das in der in 1 dargestellten Vorrichtung zur Luftreinigung verwendet werden kann.
3 ist eine Unteransicht eines UV-LED-Moduls für eine Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 und 5 sind vergrößerte Schnittansichten des in 3 dargestellten UV-LED-Moduls.
6 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine teilweise Schnittansicht eines Beispiels eines wirbelbildenden Abschnitts, der in der in 6 dargestellten Vorrichtung zur Luftreinigung verwendet werden kann.
8 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer wieder anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer wieder anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer wieder anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Querschnittansicht der in 10 dargestellten Vorrichtung zur Luftreinigung.
12 ist eine rechte Seitenansicht der in 10 dargestellten Vorrichtung zur Luftreinigung.
[Beschreibung der Erfindung]
Die in der Patentschrift und den Patentansprüchen verwendeten Ausdrücke oder Wörter dürfen nicht auf eine Auslegung als gewöhnliche Definition oder Wörterbuchdefinition begrenzt werden, sondern sind vielmehr in Übereinstimmung mit dem technischen Geist der vorliegenden Erfindung auf Grundlage des Prinzips auszulegen, dass die Erfinder die in der Patentschrift verwendeten Ausdrücke entsprechend definieren können, um ihre Erfindung bestmöglich zu beschreiben. Es liegt demnach auf der Hand, dass die in der Patentschrift beschriebenen Ausführungsformen und die in den Zeichnungen offenbarten Konfigurationen bloße Beispiele sind und nicht den gesamten technischen Geist der vorliegenden Erfindung wiedergeben und dass zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung verschiedene Änderungen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung und Äquivalente davon vorgenommen werden können.
Die in der Patentschrift verwendeten Ausdrücke dienen der Beschreibung konkreter Ausführungsformen und sind nicht in einem einschränkenden Sinne zu verwenden. In dieser Schrift kann vorgesehen sein, dass die Singularformen die Pluralformen mit einschließen, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes vorgibt.
[Ausführungsformen]
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine Vorrichtung zur Luftreinigung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 11, eine Photokatalysatoreinheit 12 und ein UV-LED-Modul 13.
Das Gehäuse 11 umfasst einen Lufteinlass 111, einen Luftauslass 112 und einen Kanal 113. Der Lufteinlass 111 befindet sich an einem Ende des Kanals 113 und entspricht einer Öffnung, durch die Luft zugeführt wird. Der Luftauslass 112 befindet sich an dem anderen Ende des Kanals 113 und entspricht einer Öffnung, durch die Luft abgelassen wird. Der Kanal 113 kann entweder einer Leitung, die durch den Lufteinlass 111 zugeführte Luft leitet, sodass sie durch den Luftauslass 112 abgelassen wird, oder einem durch die Leitung gebildeten Luftströmungskanal entsprechen. Der Querschnitt des Kanals 113 kann kreisförmig, dreieckig, rechteckig oder vieleckig oder eine Kombination davon sein.
In dieser Schrift bezieht sich der Ausdruck „Luft“ auf eine Luft, die in die Innenräume oder geschlossenen Räume in allgemeinen Häusern, Büros, Fabriken, Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder dergleichen strömt oder in den Räumen zirkuliert. Diese Luft kann im Allgemeinen diverse schädliche Substanzen enthalten, einschließlich Staub, infektiöser Mikroorganismen (Zecken, Bakterien), organischer Schadstoffe, atmosphärischer Schadstoffe (Schwefeloxide, Dioxin), schädlicher riechender Gase (Formaldehyd, Acetaldehyd, Xylol, Toluol, Styrol) usw.
Die Photokatalysatoreinheit 12 dient der Oxidation schädlicher Substanzen in den Kanal 113 durchströmender Luft mittels eines Photokatalysators. Für eine effektive Wirkungsweise des Photokatalysators kann die Photokatalysatoreinheit 12 so ausgelegt sein, dass ein Abschnitt in der Mitte des Kanals 113 gefüllt oder verstopft wird. Die Photokatalysatoreinheit 12 sollte jedoch so ausgelegt sein, dass sie den Innendruck des Kanals 113 nicht wesentlich erhöht. Somit kann die Photokatalysatoreinheit 12 in dieser Ausführungsform eine poröse Struktur 121 und einen Photokatalysator 122 umfassen.
Die poröse Struktur 121 ist ein Trägerstoff für das Tragen des Photokatalysators 122. Der Trägerstoff kann auch als Träger bezeichnet werden. Diese Photokatalysatoreinheit 12 kann einer solchen entsprechen, bei welcher ein Katalysator, der z. B. aus von der porösen Struktur getragenen Titandioxidpartikeln besteht, in einem bestimmten Bereich des Kanals 113 angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform weist die poröse Struktur 121 eine Struktur zur Vergrößerung der Oberfläche auf, die bewirkt, dass die Kontaktfläche zwischen dem Photokatalysator 122 und Reaktanten (schädlichen Substanzen usw.) vergrößert wird, um dadurch die Aktivität des Katalysators zu erhöhen. Ferner ist die poröse Struktur 121 so ausgelegt, dass sie einem bestimmten Bereich in der Mitte des Kanals 112 gefüllt wird. Weiterhin kann die poröse Struktur 121 aus Metallschaum gefertigt sein, sodass der Innendruck des Kanals 113 sich nicht wesentlich erhöht.
Der Metallschaum ist eine vollständig offene poröse Metallstruktur, bei der alle Poren miteinander verbunden sind, und er weist unterschiedliche Porengrößen, ein geringes spezifisches Gewicht und einen hohen Verwendungskomfort auf. Der Metallschaum kann purer Schaum oder Legierungsschaum sein. Hierbei ist der pure Schaum ein Material, das so hergestellt wurde, dass es die strukturellen Eigenschaften von dreidimensionalen offenen Poren aufweist, während die Eigenschaften der Grundmetalle (Ni, Fe, Cu usw.) erhalten bleiben, und er verfügt aufgrund seiner großen spezifischen Oberfläche über eine hohe Reaktivität. Darüber hinaus bezieht sich der Legierungsschaum auf ein neues Material, das durch die Anwendung moderner Legierungstechnik auf die Grundeigenschaften von Schaum aus Nickel (Ni), Eisen (Fe) oder Kupfer (Cu) hergestellt wird.
Der Photokatalysator 122 bewirkt, dass schädliche Substanzen (organische Kohlenwasserstoffverbindungen usw.) durch Oxidationsreaktion mit UV-Licht aus der Luft entfernt werden. Der Photokatalysator 122 kann zumindest aus einem Material bestehen, das aus Titandioxid (TiO₂), Zinkoxid (ZnO), Cadmiumsulfid (CdS), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Zinnoxid (SnO₂), Vanadiumoxid (V₂O₂), Wolframtrioxid (WO₃) und Strontiumtitanoxid (SrTiO₃) ausgewählt ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Photokatalysator 122 vorzugsweise um TiO₂ (Anatas, Rutil), das optisch aktiviert wird, nicht wesentlich korrodiert und biologisch oder chemisch stabil und preisgünstig ist.
Beispielsweise können bei einem Verfahren zur Luftreinigung, das einen Titandioxid-Photokatalysator mit starken Sterilisations- und Oxidationseigenschaften verwendet, bei der Bestrahlung von nanometergroßen Titandioxidkristallen mit UV-Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm oder kürzer eine Oxidations-/Reduktionsreaktion und eine hydrophile Reaktion auftreten und kann die Oberfläche des Photokatalysators bei einer absoluten Temperatur von 30.000 K eine verbrennungsartige Wirkung aufweisen, wodurch flüchtige organische Verbindungen (VOC), wie z. B. Acetaldehyd, Xylol, Toluol und Styrol, toxische Substanzen, wie z. B. Radongas und Formaldehyd, die in Gebäuden erzeugt werden, unangenehm riechende Gase, wie z. B. Schwefelwasserstoff und Ammoniak, und atmosphärische Schadstoffe, wie z. B. Schwefeloxide (SOx), oxidiert und abgebaut werden und wodurch organische Chlorverbindungen, wie z. B. Trichlorethylen, Phenolverbindungen, Polyvinylchlorid (PVC), Umwelthormone (Bisphenol, Nonylphenol, Estradiol), Dioxin, Acetaldehyd, Xylol, Toluol, Styrol, Hydrogensulfid, Methylmercaptan, Methylsulfid, Trimethylamin, Isovalerat und Ammoniak, oxidiert und abgebaut werden und wodurch Mikroorganismen wie Bakterien oder Viren abgebaut und die Abbauprodukte zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert und die toxischen Substanzen entfernt werden. Somit hat dieses Verfahren eine starke luftreinigende Wirkung.
Weiterhin tritt bei dem Verfahren zur Luftreinigung, das die starken Sterilisation- und Oxidationseigenschaften von Titandioxid nutzt, die photokatalytische Wirkung an der Oberfläche des Photokatalysators auf, mit dem eine bestimmte Basis überzogen ist, und kann sich dadurch die Kontaktfläche zwischen dem Photokatalysator und der Luft vergrößern, um die Luftreinigungsfähigkeit des Titandioxid zu verbessern. Weiterhin kann Lichtenergie, die der Bandlückenenergie des Titandioxids entspricht, in geeigneter Weise in die Luft abgestrahlt werden, wodurch die Luftreinigungsfähigkeit des Titandioxids verstärkt wird.
Das UV-LED-Modul 13 weist mindestens eine UV-LED 132 auf und ist so angeordnet, dass es UV-Licht von der Seite des Lufteinlasses, der sich an einem Ende des Kanals befindet, zu der Seite des Luftauslasses, der sich am anderen Ende des Kanals befindet, abstrahlt. Insbesondere ist das UV-LED-Modul 13 vorzugsweise so ausgelegt, dass es den Photokatalysator 122 der Photokatalysatoreinheit 12, die in der Mitte des Kanals 113 angeordnet ist, effektiv aktiviert. Somit ist das UV-LED-Modul 13 in dieser Ausführungsform gegenüber der Photokatalysatoreinheit 12 in dem Kanal 113 angeordnet, sodass das UV-Licht mit geeigneter Intensität den Photokatalysator 122 erreichen kann und damit der gesamte Bereich des Photokatalysators 122 bestrahlt werden kann. Obwohl in 1 zur leichteren Veranschaulichung dargestellt ist, dass eine UV-LED 132 in der Mitte des Kanals 113 angeordnet ist, kann auch eine Mehrzahl von UV-LEDs in Abhängigkeit der Querschnittsfläche des Kanals 113 verwendet werden.
Ferner kann das UV-LED-Modul 13 eine Größe aufweisen, die der Querschnittsfläche des Kanals 113 entspricht, damit der Photokatalysator 122 effektiv aktiviert wird, und kann gegenüber der Photokatalysatoreinheit 12 angeordnet sein. In diesem Fall weist das UV-LED-Modul 13 eine Mehrzahl von Öffnungen 133 für Luftstrom auf, damit sich der Innendruck des Kanals 113 nicht wesentlich erhöht. Obwohl in 1 zur leichteren Veranschaulichung dargestellt ist, dass eine UV-LED 132 in der Mitte des Kanals 113 angeordnet ist und dass eine Mehrzahl von Öffnungen 133 zwischen der UV-LED 132 und der Innenwand des Kanals 113 angeordnet ist, ist der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Konfiguration begrenzt. In einigen Ausführungsformen kann sich mindestens eine Öffnung in der Mitte des Kanals 113 befinden und kann eine Mehrzahl von UV-LEDs zwischen der Öffnung und der Innenwand des Kanals 113 angeordnet sein.
Weiterhin verfügt das UV-LED-Modul 13 über eine Stromquelleneinheit oder Antriebseinheit, die so ausgelegt ist, dass sie die UV-LED 132 mit Strom versorgt oder die Stromversorgung steuert. Die Stromquelleneinheit oder die Antriebseinheit kann in geeigneter Weise innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 11 je nach den Anwendungen (Armlehne im Fahrzeug, Klimaanlage, Heizung usw.), in denen das Gehäuse 11 angeordnet ist, positioniert sein. Diese Stromquelleneinheit und Antriebseinheit sind im Stand der Technik bereits wohlbekannt, weshalb auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform kann eine preisgünstige und hocheffiziente Vorrichtung zur Luftreinigung bereitgestellt werden, die fähig ist zur effektiven Entfernung (d. h. sterilisierend, antibakteriell, anwuchsverhindernd und desodorierend) von schädlichen Substanzen aus einen Kanal durchströmender Luft mittels des Photokatalysators und der UV-LED, die bei Anwendungen (Armlehnen in Fahrzeugen, Klimaanlagen, Heizungen usw.), die den Kanal aufweisen, in dem Kanal angeordnet sind.
2 ist eine Draufsicht eines ultravioletten Leuchtdioden-(UV-LED-)Moduls, das in der in 1 dargestellten Vorrichtung zur Luftreinigung verwendet werden kann.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst ein UV-LED-Modul 13 für eine Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß dieser Ausführungsform ein Substrat 131, eine Mehrzahl von UV-LEDs 132 und eine Mehrzahl von Öffnungen 133.
Das Substrat 131 ist ein Element, an dem eine Mehrzahl von UV-LEDs 132 und eine Antriebseinheit (nicht dargestellt), die so ausgelegt ist, dass sie die Mehrzahl von UV-LEDs 132 antreibt, befestigt sind. Das Substrat 131 kann ein Material oder eine Struktur aufweisen, das/die so ausgelegt ist, dass von der Mehrzahl von UV-LEDs 132 Wärme abgeleitet wird. In dieser Ausführungsform hat das Substrat 131 eine Größe und eine Form, die denen des Querschnitts des Kanals ähneln, und ist in der Mitte des Kanals angeordnet, sodass die Hauptoberfläche des Substrats 131 in eine Richtung annähernd senkrecht zu dem Luftstrom in dem Kanal ausgerichtet ist.
Jede der UV-LEDs 132 ist so ausgelegt, dass sie UV-Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm oder kürzer abgibt, wenn eine bestimmte Spannung an beide Anschlüsse des UV-LED-Moduls angelegt wird. Die UV-LEDs 132 dienen der Aktivierung der Photokatalysatorabschnitte, die in einem bestimmten Abstand in einer Richtung angeordnet sind, in die UV-Licht abgestrahlt wird.
In dieser Ausführungsform ist die Mehrzahl von UV-LEDs 132 an einer Oberfläche des Substrats 131 angebracht. Insbesondere ist die Mehrzahl von UV-LEDs 132 so angeordnet, dass sie UV-Licht von der Seite des Lufteinlasses, der sich an einem Ende des Kanals befindet, zu der Seite des Luftauslasses, der sich am anderen Ende des Kanals befindet, abstrahlen. In 2 sind zur leichteren Veranschaulichung vier UV-LEDs 132 durch vier Kreise mit Schräglinien dargestellt.
Die Mehrzahl von Öffnungen 133 wird dergestalt bereitgestellt, dass dem Kanal über den Lufteinlass zugeführte Luft durch die Öffnungen von der anderen Oberfläche zur einen Fläche des Substrats 131 strömen kann. Die Mehrzahl von Öffnungen 133 kann im Großteil des Substrats 131 bereitgestellt werden, mit Ausnahme des Substratbereichs, in dem die Mehrzahl von UV-LEDs 132 angeordnet ist. Die Mehrzahl von Öffnungen 133 ist nicht auf eine ovale Form beschränkt und kann derart bereitgestellt werden, dass sie diverse Formen und die größtmögliche Größe in dem Bereich, in dem die Haltbarkeit des Substrats 131 nicht problematisch ist, aufweist. In 2 ist zur leichteren Veranschaulichung dargestellt, dass sich die Mehrzahl von Öffnungen 133 zwischen vier UV-LEDs 132 und um vier UV-LEDs 132 herum befindet.
3 ist eine Unteransicht eines UV-LED-Moduls für eine Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst ein UV-LED-Modul 13A für eine Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß dieser Ausführungsform Luftführungsabschnitte 14 und 14a. Das in 3 dargestellte UV-LED-Modul 13A kann das gleiche UV-LED-Modul 13 sein, das in der Unteransicht von 2 dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass es die Luftführungsabschnitte 14 und 14a umfasst.
Die Luftführungsabschnitte 14 und 14a werden in Form von vorstehenden Erhöhungen zwischen den Öffnungen 133 und um die Außenseite der Öffnungen 133 herum an der anderen Oberfläche des Substrats 131 des UV-LED-Moduls 13A bereitgestellt. In 3 ist dargestellt, dass sich einige Luftführungsabschnitte (im Weiteren als erste Luftführungsabschnitte bezeichnet) 14 zwischen den Öffnungen 133 befinden und sich die übrigen Luftführungsabschnitte 14a um die Außenseite der Öffnungen 133 befinden.
Die ersten Luftführungsabschnitte 14 können von der anderen Oberfläche des Substrats 131 in Richtung des Lufteinlasses, der sich an einem Ende des Kanal befindet, vorstehen und eine konische Form, eine Pyramidenform, eine Halbkugelform oder eine Kombination davon aufweisen. Die ersten Luftführungsabschnitte 14 werden entsprechend für die UV-LEDs 132 bereitgestellt.
Weiterhin verfügt jeder der ersten Luftführungsabschnitte 14 über talartige Rillen 142, die sich von der Oberseite 14p der hügelartigen vorstehenden Struktur 141 aus zu der Öffnung 133 erstrecken. Die Rille 142 wird dergestalt bereitgestellt, dass sich die Größe oder Querschnittsfläche davon mit dem Verlauf von der Oberseite 14p zu der Öffnung 133 erhöht.
Gemäß dieser Ausführungsform kann das UV-LED-Modul 13A durch die talartigen Rillen 142, die entlang der Strömungsrichtung der Luft ausgebildet sind, effektiv Wärme von den UV-LEDs 132 ableiten, während die Oberfläche der Luftführungsabschnitte 14 vergrößert wird.
4 und 5 sind vergrößerte Schnittansichten des in 3 dargestellten UV-LED-Moduls.
4 kann einer Querschnittsansicht entlang der Linie III-III des in 3 dargestellten UV-LED-Moduls entsprechen und 5 kann einer Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV des in 3 dargestellten UV-LED-Moduls entsprechen. Die Schnittansicht des UV-LED-Moduls in 4 und die Schnittansicht des UV-LED-Moduls in 5 können im Wesentlichen gleich sein, mit Ausnahme der Unterschiede beim Durchmesser der Öffnung 133 und der Länge eines LED-Chips 1321.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 umfasst ein UV-LED-Modul 13A gemäß dieser Ausführungsform ein Substrat 131, eine Mehrzahl von UV-LEDs 132, eine Mehrzahl von Öffnungen 133 und Luftführungsabschnitte 14 und 14a. Jede der UV-LEDs 132 kann einen LED-Chip 1321, der so ausgelegt ist, dass er UV-Licht abgibt, und einen Gehäuseabschnitt 1322, der so funktioniert, dass er den LED-Chip 1321 ökologisch, mechanisch, chemisch und elektrisch vor äußeren Umgebungen schützt, die Lichtextraktionseffizienz erhöht und die Wärmeableitung vermittelt, umfassen.
In dieser Ausführungsform kann das UV-LED-Modul 13A im Wesentlichen das gleiche sein wie das weiter oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebene UV-LED-Modul 13, mit der Ausnahme, dass es die Luftführungsabschnitte 14 und 14a umfasst. Somit wird die auf die Beschreibung des Substrats 131, der Mehrzahl von UV-LEDs 132 und der Mehrzahl von Öffnungen 133 verzichtet, um überschneidende Beschreibungen zu vermeiden.
Die Luftführungsabschnitte 14 und 14a werden an der anderen Fläche des UV-LED-Moduls 13A bereitgestellt und funktionieren so, dass sie den Luftstrom dergestalt führen, dass dem Kanal über den Lufteinlass zugeführte Luft leicht zur Mehrzahl von Öffnungen 133 strömen kann. Dafür weisen die Luftführungsabschnitte 14 und 14a eine Struktur auf, die von dem Substrat 131 in einer bestimmten Form in Richtung des Lufteinlasses (siehe 111 in 1) vorsteht. Die Struktur der zur Übereinstimmung mit den UV-LEDs 132 bereitgestellten Luftführungsabschnitte 14 hat eine konische Form, eine Pyramidenform, eine Halbkugelform oder eine Kombination davon. Derartige Luftführungsabschnitte 14 und 14a können so funktionieren, dass sie den Luftstrom in dem Kanal ermöglichen und verhindern, dass das UV-LED-Modul 13A durch die Kraft der in dem Kanal strömenden Luft beschädigt wird.
Weiterhin können die ersten Führungsabschnitte 14 ein Material und/oder eine Struktur aufweisen, das/die so ausgelegt ist, dass von den UV-LEDs 132 Wärme abgeleitet wird. Die UV-LEDs 132 weisen die Eigenschaft auf, dass sie eine größere Menge an Wärme erzeugen als Leuchtdioden, die sichtbares Licht abgeben, und aus diesem Grund werden die ersten Luftführungsabschnitte 14 in dieser Ausführungsform verwendet, um effektiv Wärme von den UV-LEDs 132 abzuleiten.
Derartige Luftführungsabschnitte 14, die außerdem als Wärmesenken dienen, sind aus hochwärmeleitfähigem Material (metallischem Material usw.) hergestellt, sodass sie Wärme in geeigneter Weise von dem LED-Chip 1321 ableiten, während sie eine Struktur aufweisen, die Wärme durch Luft ableitet. Die ersten Luftführungsabschnitte 14 können z. B. dergestalt bereitgestellt werden, dass sie in Kontakt mit dem LED-Chip 1321 kommen, wobei das Substrat 131 dazwischen angeordnet ist, oder in Kontakt mit dem LED-Chip kommen, wobei sie eine gemeinsame Struktur mit zumindest einem Teil des Substrats 131 aufweisen.
Weiterhin kann jeder der ersten Luftführungsabschnitte 14 eine hügelartige vorstehende Struktur 141 und Rillen 142 aufweisen, die sich radial von der Oberseite 14p der vorstehenden Struktur 141 aus zu den Öffnungen 133 erstrecken. In diesem Fall hat die Rille 142 eine Talform, die sich von der Oberseite 14p der vorstehenden Struktur 141 in Richtung der umgebenden Öffnungen 133 erstreckt.
Gemäß dieser Ausführungsform funktionieren die ersten Luftführungsabschnitte 14 so, dass sie den Luftstrom dergestalt führen, dass dem Kanal durch den Lufteinlass des Gehäuses zugeführte Luft leicht in den Öffnungen 133 des Substrats 131 zugeführt wird. Weiterhin weisen die ersten Luftführungsabschnitte 14 eine durch die vorstehende Struktur 141 und die Rillen 142 vergrößerte Oberfläche auf und können die Wärmeableitungseffizienz durch entlang der Rillen 142 strömende Luft erhöhen.
6 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 6 umfasst eine Vorrichtung zur Luftreinigung 10A gemäß dieser Ausführungsform ein Gehäuse 11, eine Photokatalysatoreinheit 12, ein UV-LED-Modul 13, ein elastisches Modul 15 und einen wirbelbildenden Abschnitt 16.
Die Vorrichtung zur Luftreinigung 10A gemäß dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie die oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Vorrichtung zur Luftreinigung 10, mit der Ausnahme, dass sie das elastische Modul 15 und den wirbelbildenden Abschnitt 16 umfasst. Somit wird auf die Beschreibung des Substrats 131, der Mehrzahl von UV-LEDs 132 und der Mehrzahl von Öffnungen 133 verzichtet, um sich überschneidende Beschreibungen zu vermeiden.
Das elastische Modul 15 funktioniert so, dass es das in dem Kanal 113 angeordnete UV-LED-Modul 13 vor äußeren Vibrationen oder Stößen schützt. Mit anderen Worten funktioniert das elastische Modul 15 so, dass es verhindert, dass das UV-LED-Modul 13 durch die Erschütterungen des Kanals 11 oder der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Luft beeinträchtigt oder beschädigt wird. Dieses elastische Modul 15 kann an mindestens einem Abschnitt der Kante des UV-LED-Moduls 13 angebracht sein oder zwischen dem UV-LED-Modul 13 und einem Kupplungsabschnitt an dem Kanal angeordnet sein, wenn das UV-LED-Modul 13 in dem Kanal 113 angeordnet ist.
Der wirbelbildende Abschnitt 16 funktioniert so, dass er Wirbel 17 in der Luft erzeugt, die in dem Kanal 113 in eine Richtung strömt. Der wirbelbildende Abschnitt 16 wird dergestalt an der Innenwand des Kanals 113 bereitgestellt, dass die Luft mit dem wirbelbildenden Abschnitt 16 in dem Kanal 113 zusammenstoßen kann. Dieser wirbelbildende Abschnitt 16 weist mindestens einen Vorsprung 161 auf, der von der Innenwand des Kanals 113 vorsteht. Der Vorsprung 161, d. h. ein von der Innenwand des Kanals 113 bis zu einer bestimmten Höhe vorstehendes Element, kann bei der Herstellung des Kanals 113 in einem Stück mit dem Kanal 13 gefertigt werden oder durch ein separates Element an der Innenwand des Kanals 113 befestigt werden.
Die Vorrichtung zu Luftreinigung 10A gemäß dieser Ausführungsform kann die in den 3 bis 5 dargestellten Luftführungsabschnitte 14 und 14a umfassen.
Gemäß dieser Ausführungsform beeinträchtigt die Verwendung des wirbelbildenden Abschnitts den linearen Strom der Luft in dem Kanal, um Wirbel zu bilden und die Luftretentionszeit in dem Kanal zu erhöhen, sodass Luft relativ gleichmäßig im gesamten Bereich der Photokatalysatoreinheit 12 verteilt werden kann, wodurch schädliche Substanzen in der Luft leicht mit dem Photokatalysator in Kontakt kommen können, sodass sich die Effizienz, mit der schädliche Substanzen in der Luft durch den Photokatalysator entfernt werden, erhöht.
7 ist eine teilweise Schnittansicht eines Beispiels eines wirbelbildenden Abschnitts, der in der in 6 dargestellten Vorrichtung zur Luftreinigung verwendet werden kann.
Unter Bezugnahme auf 7 umfasst ein wirbelbildender Abschnitt 16A gemäß dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von strömungswegbildenden Abschnitten 162, 163, 164 und 165, die so ausgelegt sind, dass sie Wirbel bilden und die Retentionszeit der Luft erhöhen.
Die ersten bis vierten strömungswegbildenden Abschnitte 162 stehen von der Innenwand des Kanals 113 in unterschiedliche Richtungen vor. Insbesondere sind die ersten bis vierten strömungswegbildenden Abschnitte 162 so angeordnet, dass sie, im Querschnitt betrachtet, einander in einer Weise kreuzen, in der zwei Sägezähne einander kreuzen. Mit anderen Worten können die ersten bis vierten strömungswegbildenden Abschnitte 162 ovale Trennwandstrukturen umfassen, die abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen vorstehen, sodass sie den Querschnitt des Kanals 113 in Abhängigkeit der Form des Querschnitts des Kanals 113 teilweise blockieren.
Die wirbelbildenden Abschnitte gemäß dieser Ausführungsform können so funktionieren, dass sie den linearen Strom der Luft in dem Kanal beeinträchtigen, um Wirbel zu bilden und die Retentionszeit der Luft in dem Kanal zu erhöhen.
8 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 8 umfasst eine Vorrichtung zur Luftreinigung 10B gemäß dieser Ausführungsform ein Gehäuse 11, eine Photokatalysatoreinheit 12, ein UV-LED-Modul 13, eine zweite UV-LED 18 und einen strömungswegbeschränkenden Abschnitt 19.
Die Vorrichtung zur Luftreinigung 10B gemäß dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Vorrichtung zur Luftreinigung 10, mit der Ausnahme, dass sie eine zweite UV-LED 18 und den strömungswegbeschränkenden Abschnitt 19 umfasst. Somit wird die Beschreibung des Substrats 131, der Mehrzahl von UV-LEDs 132 und der Mehrzahl von Öffnungen 133 ausgelassen, um sich überschneidende Beschreibungen zu vermeiden.
Die zweite UV-LED 18 ist so ausgelegt, dass sie UV-Licht mit einer Wellenlänge zwischen 255 nm und 300 nm abgibt, wenn eine bestimmte Spannung an beide Anschlüsse des UV-LED-Moduls angelegt wird. Die zweite UV-LED 18 funktioniert so, dass sie schädliche Substanzen in der Luft, die in dem Kanal 113 strömt, bestrahlt, sodass die schädlichen Substanzen oxidieren.
Die zweite UV-LED 18 kann mit einer Stromversorgungseinheit oder Antriebseinheit verbunden sein, die so ausgelegt ist, dass sie Strom liefert oder den Antrieb steuert. Die Stromversorgungseinheit oder die Antriebseinheit kann in geeigneter Weise innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 11 je nach den Anwendungen (Armlehnen im Fahrzeug, Klimaanlagen, Heizungen usw.), in denen das Gehäuse 11 angeordnet ist, positioniert sein. Diese Stromquelleneinheit und Antriebseinheit funktionieren so, dass sie Strom an die UV-LEDs bereitstellen oder den Antrieb kontrollieren und sind im Stand der Technik bereits wohlbekannt, weshalb auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet wird.
Der strömungswegbeschränkende Abschnitt 19 ist in dem Kanal 113 angeordnet, um den Weg des Luftstroms auf den Bereich der Strahlung des UV-Lichts von der zweiten UV-LED 18 zu beschränken. Der strömungswegbeschränkende Abschnitt 19 ist so ausgelegt, dass er den Weg des Luftstroms in dem Kanal 113 beschränkt, sodass Luft, welche die Photokatalysatoreinheit 12 durchströmt, durch die Umgebung der zweiten UV-LED 18 passieren kann. Der strömungswegbeschränkende Abschnitt 19 kann eine Struktur und eine Form aufweisen, die denen des weiter oben unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen strömungswegbildenden Abschnitts 16A ähnelt.
Wenn der strömungswegbeschränkende Abschnitt 19 bereitgestellt wird, kann die zweite UV-LED 18 zur einfachen Montage, Wartung und Steuerung in einem Stück mit dem strömungswegbeschränkende Abschnitt 19 bereitgestellt werden. Das Bereitstellen der zweiten UV-LED 18 in einem Stück mit dem strömungswegbeschränkenden Abschnitt 19 kann erreicht werden, indem die Gehäusestruktur der zweiten UV-LED 18 verändert wird oder die zweite UV-LED 18 in dem strömungswegbeschränkende Abschnitt 19 verborgen wird.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die zweite UV-LED, die so ausgelegt ist, dass sie durch direkte Bestrahlung mit UV-Licht schädliche Substanzen aus der Luft sekundär entfernt, zusätzlich zu einer Kombination aus der Photokatalysatoreinheit, die so ausgelegt ist, dass sie durch photokatalytische Wirkung schädliche Substanzen aus der durch den Kanal strömenden Luft primär entfernt, und dem UV-LED-Modul angeordnet, wobei der Grad der Luftreinigungsfunktion der Vorrichtung entsprechend der Konzentration schädlicher Substanzen in der in dem Kanal strömenden Luft angepasst werden kann, wodurch die schädlichen Substanzen effektiv entfernt werden.
Unterdessen kann in einigen Ausführungsformen die Vorrichtung zur Luftreinigung 10B gemäß dieser Ausführungsform die in den 3 bis 5 dargestellten Luftführungsabschnitte 14 und 14a umfassen. Ferner kann in einigen Ausführungsformen die Vorrichtung zur Luftreinigung 10B gemäß dieser Ausführungsform zumindest entweder das elastische Modul 15 oder den wirbelbildenden Abschnitt 16 oder 16A umfassen, die weiter oben unter Bezugnahme auf 6 oder 7 beschrieben sind.
9 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer wieder anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 9 umfasst eine Vorrichtung zur Luftreinigung 10C gemäß dieser Ausführungsform ein Gehäuse 11, eine Photokatalysatoreinheit 12, ein UV-LED-Modul 13, eine zweite UV-LED 18, einen strömungswegbeschränkender Abschnitt 19 und einen Potentiostaten 20. Außerdem kann in einigen Ausführungsformen die Vorrichtung zur Luftreinigung 10C ferner einen Erkennungssensor für schädliche Substanzen 21 und eine Steuereinheit 22 umfassen.
Die Vorrichtung zur Luftreinigung 10C gemäß dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie die unter Bezugnahme auf 8 beschriebene Vorrichtung zur Luftreinigung 10B, mit der Ausnahme, dass sie den Potentiostaten 20, den Erkennungssensor für schädliche Substanzen 21 und die Steuereinheit 22 umfasst. Somit wird auf die Beschreibung des Gehäuses 11, der Photokatalysatoreinheit 12, des UV-LED-Moduls 13, der zweiten UV-LED 18 und des strömungswegbeschränkenden Abschnitts 19 verzichtet, um sich überschneidende Beschreibungen zu vermeiden.
Der Potentiostat 20 ist so ausgelegt, dass er ein elektrostatisches Potenzial an die Photokatalysatoreinheit 12 anwendet, sodass die Rekombination der Löcher und Elektronen in dem Photokatalysator verhindert wird, wodurch die Aktivität des Photokatalysators aufrechterhalten wird.
In dieser Ausführungsform umfasst der Potentiostat 20 eine Referenzelektrode 201, die mit einem Ende der Photokatalysatoreinheit 12, d. h-. einem Ende des porösen Trägers, der den Photokatalysator trägt, verbunden ist, und eine Gegenelektrode 202, die mit dem anderen Ende der Photokatalysatoreinheit 12, d. h. dem anderen Ende des porösen Trägers, der den Photokatalysator trägt, verbunden ist. Der Potentiostat 20 ist so ausgelegt, dass er eine Spannung von einer Batteriezelle oder einer bestimmten Stromquelle an die Referenzelektrode 201 und die Arbeitselektrode 202 anlegt.
Wenn der Potentiostat 20 verwendet wird, kann der auf der porösen Struktur getragene Photokatalysator durch UV-Licht aktiviert werden, das von dem UV-LED-Modul 13 ausgestrahlt wird, und kann die Aktivität des Photokatalysators durch den Potentiostat 20 aufrechterhalten werden. Dadurch kann die Zeit, die benötigt wird, um das UV-LED-Modul 13 anzutreiben, um die Aktivität des Photokatalysators aufrechtzuerhalten, verringert werden, wodurch der Stromverbrauch der Vorrichtung verringert wird. Weiterhin kann, wenn Titandioxid, d. h. ein Photokatalysator, in unveränderlicher Form verwendet wird, ein Problem dahingehend auftreten, dass die Rekombinationsrate der Ionen in dem durch UV-Licht aktivierten Photokatalysator Titandioxid steigt, was zu einer Verringerung der Effizienz führt. Bei der vorliegenden Erfindung kann das Auftreten dieses Problems verhindert werden.
Der Erkennungssensor für schädliche Substanzen 21 ist so ausgelegt, dass er die Konzentration einer bestimmten schädlichen Substanz in der dem Kanal 113 zugeführten Luft misst. Der Erkennungssensor für schädliche Substanzen 21, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein konventioneller Sensor sein, der die Konzentration von mindestens einer schädlichen Zielsubstanz messen kann, indem er selektiv unter Verwendung eines organischen oder anorganischen Rezeptors die schädliche Substanz erkennt und erfasst.
Zur leichteren Veranschaulichung und Erläuterung stellt diese Ausführungsform dar, dass der Erkennungssensor für schädliche Substanzen 21 an dem UV-LED-Modul 13 befestigt ist, jedoch ist der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Insbesondere kann der Erkennungssensor für schädliche Substanzen 21 ferner entweder in der Umgebung des Lufteinlasses 111 oder in einem spezifischen Bereich eines Systems (Fahrzeug, Klimaanlage, Heizung usw.) angeordnet sein, in dem das Gehäuse 11 angebracht ist.
Die Steuereinheit 22 ist so ausgelegt, dass sie Strom an das UV-LED-Modul 13 liefert oder den Betrieb des UV-LED-Moduls 13 steuert. Weiterhin ist sie so ausgelegt, dass sie den Betrieb des Potentiostaten 20 steuert und Strom an die zweite UV-LED 18 liefert oder den Betrieb der zweiten UV-LED 18 steuert. Wenn die Vorrichtung zur Luftreinigung 10C in einer Armlehne in einem Fahrzeug oder dergleichen angebracht ist, kann die Steuereinheit 22 entweder zumindest einem funktionellen Abschnitt einer elektronischen Steuereinheit in dem Fahrzeug entsprechen oder zumindest einem Element der elektronischen Steuereinheit entsprechen, das eine Funktion erfüllt, die der dieses funktionellen Abschnitts entspricht.
Wenn die Steuereinheit 22 verwendet wird, kann Luft, die durch den Kanal fließt, effektiv gereinigt werden, indem die Luftreinigungsfunktion intensiviert wird oder die Anzahl der Luftreinigungsschritte entsprechend den Betriebsumgebungen (z. B. einem Zustand, in dem die Konzentration schädlicher Substanzen in dem Kanal höher ist als ein Standard) erhöht wird.
10 ist eine Vorderansicht einer Vorrichtung zur Luftreinigung gemäß einer wieder anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11 ist eine Querschnittansicht der in 10 dargestellten Vorrichtung zur Luftreinigung und 12 ist eine rechte Seitenansicht der in 10 dargestellten Vorrichtung zur Luftreinigung.
Unter Bezugnahme auf die 10 bis 12 umfasst eine Vorrichtung zur Luftreinigung 100 gemäß dieser Ausführungsform ein Gehäuse 11, das aus einer Armlehne in einem Fahrzeug besteht. In dieser Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Luftreinigung 100, wenn das Gehäuse 11 eine Armlehne in einem Fahrzeug ist: eine erste Luftreinigungseinheit, die so ausgelegt ist, dass sie schädliche Substanzen aus der in das Fahrzeug aus der Klimaanlage des Fahrzeugs strömenden Luft entfernt; und eine zweite Luftreinigungseinheit, die so ausgelegt ist, dass sie schädliche Substanzen aus der Luft entfernt, die in dem Fahrzeug zirkuliert.
Die erste Luftreinigungseinheit umfasst: eine Leitung 11a, die eine erste Zuleitung 111a, eine erste Ableitung 112a und einen ersten Kanal 113a umfasst; einen ersten wirbelbildenden Abschnitt 16a; ein erstes UV-LED-Modul 13a; eine erste Photokatalysatoreinheit 12a; eine zweite UV-LED 18; und einen ersten strömungswegbeschränkenden Abschnitt 19a.
Die zweite Luftreinigungseinheit umfasst: eine Leitung 11b, die eine zweite Zuleitung 111b, eine zweite Ableitung 112b und einen zweiten Kanal 113b umfasst; einen zweiten wirbelbildenden Abschnitt 16b; ein zweites UV-LED-Modul 13b; eine zweite Photokatalysatoreinheit 12b; und einen zweiten strömungswegbeschränkenden Abschnitt 19b.
Die Bestandteile einer jeden der ersten Luftreinigungseinheit und der zweiten Luftreinigungseinheit in dieser Ausführungsform sind im Wesentlichen die gleichen wie die entsprechenden Elemente der weiter oben beschriebenen Ausführungsformen, mit der Ausnahme, dass die zweite UV-LED 18 nicht in einem Stück mit dem ersten strömungswegbeschränkenden Abschnitt 19a gefertigt ist und dass ein Umluftventilator 23 in der zweiten Zuleitung 11b angeordnet ist. Somit wird auf die ausführlichen Beschreibungen der gleichen Elemente verzichtet, um sich überschneidende Beschreibungen zu vermeiden.
Unterdessen kann in einigen Ausführungsformen die Vorrichtung zur Luftreinigung 100 ferner zumindest entweder den Potentiostaten 20 oder die Steuereinheit 22 umfassen, die weiter oben unter Bezugnahme auf 9 beschrieben sind.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Vorrichtung zur Luftreinigung in einer Armlehne eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei sie effizient schädliche Substanzen nicht nur aus kalter oder warmer Luft aus der Klimaanlage des Fahrzeugs entfernen kann, sondern auch aus in dem Fahrzeug zirkulierender Luft.
Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf die konkreten Ausführungsformen beschrieben wurde, liegt es für den Fachmann auf der Hand, dass diverse Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom in den folgenden Ansprüchen definierten Sinn und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen:

Claims

Vorrichtung zur Luftreinigung, umfassend: ein Gehäuse, umfassend einen Einlass, der für das Zuführen von Luft ausgelegt ist, einen Auslass, der für das Ablassen von Luft ausgelegt ist, und einen Kanal, der zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass angeordnet ist; eine Photokatalysatoreinheit, die in dem Kanal angeordnet ist; und ein ultraviolettes Leuchtdioden-(UV-LED-)Modul, das in dem Kanal angeordnet ist und eine Mehrzahl von ersten ultravioletten Leuchtdioden (UV-LEDs) umfasst, die so ausgerichtet sind, dass sie UV-Licht von der Seite des Einlasses zu der Seite des Auslasses abstrahlen.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 1, wobei das UV-LED-Modul ferner Folgendes umfasst: ein Substrat, das so ausgelegt ist, dass es die Mehrzahl von ersten UV-LEDs trägt, und das eine Mehrzahl von Öffnungen zwischen der Mehrzahl von ersten UV-LEDs aufweist; und einen Luftführungsabschnitt, der von dem Substrat in Richtung des Einlasses vorsteht und eine konische Form, eine Pyramidenform, eine Halbkugelform oder eine Kombination davon aufweist, wobei das UV-LED-Modul dergestalt ausgelegt ist, dass dem Kanal zugeführte Luft durch den Luftführungsabschnitt geführt wird und dann durch die Öffnungen des Substrats strömt.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 2, wobei das Substrat eine Wärmesenke aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie Wärme von der Mehrheit von ersten UV-LEDs ableitet, und die Wärmesenke in einem Stück mit dem Luftführungsabschnitt gefertigt ist.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 1, die ferner einen wirbelbildenden Abschnitt umfasst, der in dem Kanal bereitgestellt wird und so ausgelegt ist, dass er Wirbel in dem Luftstrom bildet.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 4, wobei der wirbelbildende Abschnitt einen Vorsprung aufweist, der an der Innenwand des Kanals ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 4, wobei der wirbelbildende Abschnitt mindestens ein Paar strömungswegbildender Abschnitte aufweist, die entweder so angeordnet sind, dass sie einander an der Innenwand des Kanals kreuzen, um den Strömungsweg der Luft zu erhöhen, oder so, dass sie von der Innenwand des Kanals in unterschiedliche Richtungen vorstehen.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 1, wobei die Photokatalysatoreinheit eine poröse Struktur aufweist und die poröse Struktur mit einem Photokatalysator überzogen ist.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 7, wobei die poröse Struktur Metallschaum umfasst.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 7, wobei der Photokatalysator zumindest ein Material umfasst, das aus Titandioxid (TiO₂), Zinkoxid (ZnO), Cadmiumsulfid (CdS), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Zinnoxid (SnO₂), Vanadiumoxid (V₂O₂), Wolframtrioxid (WO₃) und Strontiumtitanat (SrTiO₃) ausgewählt ist.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein elastisches Element, das zwischen der Innenwand des Kanals und dem UV-LED-Modul angeordnet ist.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite UV-LED, die nach einem von dem Photokatalysator gebildeten Photokatalysatorbereich angeordnet ist, wobei die zweite UV-LED so ausgelegt ist, dass sie in dem Kanal strömende Luft direkt durch UV-Licht sterilisiert.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 11, wobei die ersten UV-LEDs UV-LEDs umfassen, die so ausgelegt sind, dass sie UV-Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm oder kürzer ausstrahlen, und die zweite UV-LED eine UV-LED umfasst, die so ausgelegt ist, dass sie UV-Licht mit einer Wellenlänge zwischen 255 nm und 300 nm ausstrahlt.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 11, ferner umfassend einen strömungswegbeschränkenden Abschnitt, der von der Innenwand des Kanals vorsteht, sodass er den Strömungsweg von Luft im Bereich der Strahlung des UV-Lichts von der zweiten UV-LED beschränkt.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 13, wobei die zweite UV-LED in einem Stück mit dem strömungswegbeschränkenden Abschnitt bereitgestellt wird.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend einen Potentiostaten, der so ausgelegt ist, dass er eine Potenzialdifferenz in dem Photokatalysator der Photokatalysatoreinheit erzeugt.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 15, wobei der Potentiostat eine Referenzelektrode, die mit einem Ende der porösen Struktur verbunden ist, die den Photokatalysator trägt, und eine Arbeitselektrode, die mit dem anderen Ende der porösen Struktur verbunden ist, umfasst und so ausgelegt ist, dass er eine Spannung an die Referenzelektrode und die Arbeitselektrode anlegt, sodass der Photokatalysator eine vorbestimmte Potenzialdifferenz aufweist.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 15, wobei das Gehäuse einem Gehäuse für zumindest eines aus einer Luftzuleitung und -ableitung für eine Armlehne in einem Fahrzeug, einer Klimaanlage oder einer Heizung entspricht.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 15, wobei das Gehäuse ein Gehäuse für eine Armlehne in einem Fahrzeug ist und eine erste Luftreinigungseinheit und eine zweite Luftreinigungseinheit umfasst, wobei die erste Luftreinigungseinheit Folgendes umfasst: eine erste Zuleitung und eine zweite Zuleitung, die dem Einlass entsprechen; eine erste Ableitung und eine zweite Ableitung, die dem Auslass entsprechen; und einen ersten Kanal, der dem Kanal entspricht und zwischen der ersten Zuleitung und der ersten Ableitung bereitgestellt wird, und einen zweiten Kanal, der dem Kanal entspricht und zwischen der zweiten Zuleitung und der zweiten Ableitung bereitgestellt wird, wobei die erste Zuleitung mit einer Klimaanlage in dem Fahrzeug verbunden ist, die erste Ableitung an einer ersten Außenfläche des Gehäuses angeordnet ist, sodass sie im Inneren des Fahrzeugs freiliegt, die zweite Zuleitung an einer zweiten Außenfläche des Gehäuses angeordnet ist, sodass sie im Inneren des Fahrzeugs freiliegt, und die zweite Ableitung an einer dritten Außenfläche des Gehäuses angeordnet ist, sodass sie im Inneren des Fahrzeugs freiliegt.
Vorrichtung zur Luftreinigung nach Anspruch 18, ferner umfassend einen Umluftventilator, der in der zweiten Zuleitung angeordnet und derart ausgelegt ist, dass er Luft in dem Fahrzeug dem zweiten Kanal zuführt.