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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Luftreinigung, insbesondere eine selbstständige Vorrichtung zur Luftreinigung unter Verwendung von ultravioletter Strahlung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es besteht ein ständiger Bedarf an Aufbereitung der Luft, die zum Atmen in geschlossenen Räumen verwendet wird. Dies betrifft sowohl stationäre Räume, wie Wohn- oder Büroräume, als auch Personentransportmittel, wie Straßenfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe usw. In diesem Zusammenhang ist neben Feuchtigkeit und Temperatur auch die Luftqualität ein wichtiger Parameter für Komfort und Sicherheit der Benutzer. Die in einem geschlossenen Raum zirkulierende Luft verschlechtert sich im Laufe der Zeit, da sie von Benutzern ein- und ausgeatmet wird. Das Vorhandensein von Viren, Bakterien und Pilzen hat einen negativen Einfluss auf die Gesundheit der Fahrgäste.
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Es ist bekannt, UV-Lichtquellen aufgrund ihrer keimtötenden Eigenschaften zur Luftreinigung zu verwenden. UV-C-Licht, d. h. ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 100 und 280 nm, ist hinsichtlich der Zerstörung der DNA von Viren wie etwa COVID-19, so dass sich das Virus nicht mehr vermehren kann, besonders wirksam. Der Einsatz von UV-Lichtquellen ist jedoch im Hinblick auf die Sicherheit gewöhnlich problematisch. Die vorteilhafte Wirkung der Abtötung von Viren, Bakterien und Pilzen kann für Benutzer leicht schädlich sein, wenn sie einer direkten Exposition gegenüber UV-Strahlung ausgesetzt sind. Im Allgemeinen ist die Verwendung von UV-Lichtquellen zur Luftreinigung hinsichtlich Platzbedarf, Kosten und Zuverlässigkeit problematisch, insbesondere bei mobilen Anwendungen.
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Es wäre wünschenswert, eine Luftreinigungsvorrichtung bereitzustellen, welche die oben genannten Probleme wenigstens teilweise beheben würde.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gegenstand der Erfindung ist eine Luftreinigungsvorrichtung, welche ein Gehäuse mit mindestens einem Lufteinlass und mindestens einem Luftauslass, eine Luftantriebsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Luftbewegung zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass zu erzwingen, und eine UV-Lichtquelle, die sich innerhalb des Gehäuses zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass befindet, umfasst, wobei sie für eine Virusinaktivierungsrate von mindestens 90 %, insbesondere von mindestens 95 % ausgelegt ist.
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Vorzugsweise erzeugt die UV-Lichtquelle UV-C-Strahlung mit einer Wellenlänge von 246-275 nm, insbesondere von 246-265 nm, insbesondere von 254 nm.
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Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle zum inneren Gehäusequerschnitt 620 W/m2, +/-10 %.
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Vorzugsweise liegt das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle zur Luftgeschwindigkeit zwischen 160 Ws/m und 350 Ws/m.
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Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle zur bestrahlten Länge 68 W/m, +/- 10 %.
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Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle zur inneren reflektierenden Oberfläche 73 W/m2, +/-10 %.
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Vorzugsweise liegt das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle zum Luftvolumenstrom zwischen 0,1 Wh/m3 und 0,25 Wh/m3.
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Vorzugsweise ist die UV-Lichtquelle eine zylindrische Lampe mit einem Verhältnis vom Durchmesser zur Länge zwischen 0,1 und 0,02.
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Vorzugsweise umfasst die Luftreinigungsvorrichtung mindestens eine Lichtfalle, die dafür ausgelegt ist zu verhindern, dass das UV-Licht durch den Lufteinlass oder den Luftauslass aus dem Gehäuse austritt, wobei die Lichtfalle mindestens zwei parallele Wände umfasst, die entlang des Luftweges mindestens zweimal in entgegengesetzte Richtungen so abgewinkelt sind, dass sie mindestens ein Paar nacheinander angeordneter Winkel umfasst, deren Summe zwischen 180 und 185 Grad beträgt.
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Vorzugsweise beträgt das Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der Lichtfalle zwischen 0,12 und 0,22, insbesondere 0,17.
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Vorzugsweise nimmt die Lichtfalle mindestens 68 % des Luftkanalquerschnitts des Gehäuses ein.
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Vorzugsweise ist die Luftantriebsvorrichtung dazu ausgelegt, eine Luftgeschwindigkeit innerhalb des Gehäuses von 0,05-0,2 m/s sicherzustellen, so dass die Aufenthaltsdauer der Luft innerhalb des Gehäuses mindestens 0,2 s beträgt.
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Vorzugsweise weist die Innenfläche des Gehäuses eine Reflexionsrate von mindestens 2 auf, d. h. eine Reflexionsleistung von > 50 %.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Beispiele der Erfindung werden aus den beigefügten Zeichnungen ersichtlich und unter Bezugnahme auf diese detailliert beschrieben, wobei:
- 1 die Luftreinigungsvorrichtung in einer isometrischen Ansicht zeigt;
- 2 die Luftreinigungsvorrichtung in einer isometrischen Ansicht zeigt, wobei ein Teil des Gehäuses entfernt ist;
- 3 eine Draufsicht der Luftreinigungsvorrichtung zeigt;
- 4 ein Beispiel einer Lichtfalle darstellt;
- 5 ein anderes Beispiel einer Lichtfalle darstellt;
- 6 die Wirksamkeit einer Luftreinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt die Luftreinigungsvorrichtung 1 in einer isometrischen Ansicht. Die Luftreinigungsvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit mindestens einem Lufteinlass 3 und mindestens einem Luftauslass 4. Das Gehäuse 2 ist so geformt, dass es ein Innenvolumen für Luft definiert. Vorzugsweise ist das Gehäuse 2 zwischen dem Lufteinlass 3 und dem Luftauslass 4 luftdicht. In dem dargestellten Fall hat das Gehäuse 2 eine im Wesentlichen trapezförmige Gestalt, mit einer Grundfläche, die größer als die obere Wand ist. Eine solche Form sorgt für eine verbesserte Steifigkeit und ist außerdem sicherer im Falle der Anbringung in einem Fahrzeug, z. B. einem Bus, wobei die Grundfläche innerhalb des Fahrgastraums am Dach befestigt wird.
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2 zeigt die Luftreinigungsvorrichtung 1 in einer isometrischen Ansicht, wobei ein Teil des Gehäuses entfernt ist. Die Luftreinigungsvorrichtung 1 umfasst Luftantriebsvorrichtung 5, die dazu ausgelegt ist, die Luftbewegung zwischen dem Lufteinlass 3 und dem Luftauslass 4 zu erzwingen. In diesem Fall kann es sich um ein bekanntes Gebläse handeln. Je nach Bedarf können die Anzahl und die Gestaltung der Luftantriebsvorrichtungen 5 variieren. In den in 1 und 2 dargestellten Beispielen sind zwei Luftantriebsvorrichtungen 5 am Luftauslass 4 vorhanden. Die Luftreinigungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine UV-Lichtquelle 6, die sich innerhalb des Gehäuses 2 zwischen dem Lufteinlass 3 und dem Luftauslass 4 befindet. Indem eine UV-Lichtquelle 6 vorgesehen wird, wird die zwischen dem Lufteinlass 3 und dem Luftauslass 4 strömende Luft UV-Strahlung ausgesetzt, so dass luftgetragene Schimmelbakterien abgetötet und in der Luft schwebende Viren inaktiviert werden können. Demzufolge ist die Luft, welche die Luftreinigungsvorrichtung 1 verlässt, für Benutzer sicher. Vorzugsweise erzeugt die UV-Lichtquelle UV-C-Licht mit einer Wellenlänge von 246-275 nm, insbesondere von 246-265 nm, insbesondere von 254 nm. Ein Wert von 256 nm ist ebenfalls vorteilhaft. Diese Wellenlänge hat sich als optimal für die Neutralisierung schädlicher Viren, zum Beispiel Covid-19, erwiesen. Die Luftreinigungsvorrichtung 1 umfasst ferner mindestens eine Lichtfalle 10, die dafür ausgelegt ist zu verhindern, dass das UV-Licht durch den Lufteinlass 3 oder den Luftauslass 4 aus dem Gehäuse 2 austritt. Das Gehäuse 2 umfasst ein elektrisches Vorschaltgerät 7 für die UV-Lichtquelle 6 sowie eine elektronische Steuereinheit 8.
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3 zeigt eine Draufsicht der Luftreinigungsvorrichtung 1. In diesem Fall sind zwei UV-Lichtquellen 6 vorhanden, die sich entlang des Gehäuses 2 zwischen dem Lufteinlass 3 und dem Luftauslass 4 erstrecken. Vorzugsweise ist die Lichtfalle 10 direkt der UV-Lichtquelle 6 zugewandt. Auf diese Weise kann die Größe der Luftreinigungsvorrichtung 1 für einen effizienten Betrieb mit einer kompakten Konstruktion optimiert werden. In den in 3 dargestellten Beispielen sind zwei Luftantriebsvorrichtungen 5 am Luftauslass 4 und zwei Luftantriebsvorrichtungen 5 am Lufteinlass 3 vorhanden. Vorzugsweise erzeugen die UV-Lichtquellen 6 UV-C-Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm.
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Das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle 6 (oder Lichtquellen, falls mehr als eine vorhanden ist) zum inneren Querschnitt des Gehäuses 2 beträgt 620 W/m2, +/-10 %. Als innerer Querschnitt des Gehäuses 2 wird hier ein Querschnitt des Gehäuses 2 bezeichnet, der zum Luftströmungsweg Ap senkrecht ist.
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Das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle zur Luftgeschwindigkeit liegt zwischen 160 Ws/m und 350 Ws/m.
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Das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle 6 zur bestrahlten Länge beträgt 68 W/m, +/- 10 %. Insbesondere wenn sich die UV-Lichtquelle 6 zwischen dem Lufteinlass 3 und dem Luftauslass 4 befindet, handelt es sich bei der bestrahlten Länge um eine zwischen dem Lufteinlass 3 und dem Luftauslass 4 gemessenen Abstand, welcher von der UV-Lichtquelle 6 bestrahlt wird.
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Das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle 6 zur inneren reflektierenden Oberfläche beträgt 73 W/m2, +/-10 %.
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Das Verhältnis der optischen Leistungsabgabe der UV-Lichtquelle 6 zum Luftvolumenstrom liegt zwischen 0,1 Wh/m3 und 0,25 Wh/m3. Der Luftvolumenstrom bezieht sich auf die zwischen dem Lufteinlass 3 und dem Luftauslass 4 strömende Luft.
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In einem Beispiel ist die UV-Lichtquelle 6 eine zylindrische Lampe mit einem Verhältnis des Durchmessers zur Länge zwischen 0,1 und 0,02.
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Die UV-Lichtquelle 6 kann auch eine LED-Anordnung sein, die dafür ausgelegt ist, UV-Licht, insbesondere UV-C-Licht, zu emittieren.
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Die Luftantriebsvorrichtung 5 ist vorteilhafterweise dafür ausgelegt, eine Luftgeschwindigkeit innerhalb des Gehäuses von 0,05-0,2 m/s sicherzustellen, so dass die Aufenthaltsdauer der Luft innerhalb des Gehäuses mindestens 0,2 s beträgt.
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Die Innenfläche des Gehäuses 2 weist eine Reflexionsrate von mindestens 2 auf, d. h. eine Reflexionsleistung von > 50 %.
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In 4 ist ein Beispiel einer Lichtfalle 10 dargestellt. Die Lichtfalle 10 umfasst einen Luftkanal 11 mit einer ersten Luftöffnung 12, einem Hindernisabschnitt 13 und einer zweiten Luftöffnung 14, die nacheinander angeordnet sind. Der Hindernisabschnitt 13 versperrt die erste Öffnung 12 in Bezug auf die zweite Öffnung 14 vollständig. Der Luftkanal 11 umfasst zwei nicht ebene Wände 15, die voneinander getrennt sind. Vorzugsweise weist jede der beiden nicht ebenen Wände 15 mindestens einen Knickpunkt 18 am Hindernisabschnitt 13 auf. Zum Beispiel wird der Hindernisabschnitt 13 von einer der Wände 15 gebildet und weist eine scharfe Kante auf. Falls erforderlich, kann die Lichtfalle 10 mehrere Luftkanäle 11 umfassen, die innerhalb des Lufteinlasses 3 oder des Luftauslasses 4 nebeneinander angeordnet sind. In 4 umfasst der Luftkanal 11 einen serpentinenförmigen Weg mit mehreren hintereinander angeordneten Hindernisabschnitten 13 zwischen der ersten Luftöffnung 12 und einer zweiten Luftöffnung 14. Die Lichtfalle 10 umfasst mindestens zwei parallele Wände 15, die entlang des Luftweges Ap mindestens zweimal in entgegengesetzte Richtungen so abgewinkelt sind, dass sie mindestens ein Paar nacheinander angeordneter Winkel umfasst, deren Summe zwischen 180 und 185 Grad beträgt. Das Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der Lichtfalle beträgt zwischen 0,12 und 0,22, insbesondere 0,17, bezogen auf den Luftweg Ap. Vorzugsweise nimmt die Lichtfalle 10 mindestens 68 % des Luftkanalquerschnitts des Gehäuses 2 ein.
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In 5 ist ein anderes Beispiel einer Lichtfalle 10 dargestellt. Ähnlich wie in dem in 4 dargestellten Beispiel umfasst der Luftkanal 11 ebenfalls einen serpentinenförmigen Weg mit mehreren hintereinander angeordneten Hindernisabschnitten 13 zwischen der ersten Luftöffnung 12 und einer zweiten Luftöffnung 14. Jedoch ist in diesem Fall einer der Hindernisabschnitte 13 stärker ausgeprägt und ragt im Vergleich zu den anderen weiter in den Luftkanal 11 hinein.
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In 6 ist die Wirksamkeit einer Luftreinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Es wird angenommen, dass es sich um einen Bus mit einem Fahrgastraum von 60 m3 mit 40 Fahrgästen handelt, von denen 5 infiziert sind, und dass keine Frischluftzufuhr von außen erfolgt. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Luftreinigungsvorrichtung 1 bleibt die Virenkonzentration im Innenraum des Busses unterhalb der Grenzwerte, ähnlich wie oder so wie bei einer Frischluftzufuhr. Das Infektionsrisiko wird erheblich verringert. Dadurch wird ein Mindestzielwert einer Inaktivierungsrate von mindestens 90 %, insbesondere mindestens 95 %, für die Fahrgastraum-Lösung erreicht.
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Andere Variationen an den offenbarten Ausführungsformen können von Fachleuten beim Umsetzen der beanspruchten Erfindung anhand eines Studiums der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und bewirkt werden. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft angewendet werden kann.
