DE19906113A1 - Luftreinigungsgerät für die Luftentkeimung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Luftreinigungsgerät für die Luftentkeimung mit einem Strömungskanal (7) für die Durchführung der Luft, in dem wenigstens ein UV-C-Strahler (18, 19, 29, 21) angeordnet ist, um die den Strömungskanal (7) durchströmende Luft mit UV-C-Strahlung zu behandeln und so die darin enthaltenen Mikroorganismen abzutöten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Innenwände des Strömungskanals (7) im Bereich der Strahlungsstrecke, in der Luft mit UV-C-Strahlung behandelt wird, zumindest bereichsweise eine Oberfläche aus einem Halbleitermaterial mit einer verbotenen Zone von wenigstens 3,2 eV aufweisen, die auf ein Trägermaterial (22) auf Glasfaserbasis aufgebracht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftreinigungsge­ rät für die Luftentkeimung mit einem Strömungskanal für die Durchführung der Luft, in dem wenigstens ein UV-C- Strahler angeordnet ist, um die den Strömungskanal durch­ strömende Luft mit UV-C-Strahlung zu behandeln und so die darin enthaltenen Mikroorganismen abzutöten.

Zur Entkeimung von Luft in gewerblich und industriell ge­ nutzten Räumen sowie in Krankenhäusern werden UV-Strahler eingesetzt. Ihre keimtötende 253,7 nm UV-C- Linienstrahlung wird verwendet, um Bakterien, Pilze, Vi­ ren oder andere Mikroorganismen abzutöten. Die UV- Strahler sind dabei in Luftreinigungsgeräten der ein­ gangs genannten Art enthalten, die einen Strömungskanal für die Durchführung der zu reinigenden Luft aufweisen, in den die UV-Strahler eingesetzt sind. Luftreinigungs­ geräte, die UV-C-Strahler zur Keimtötung verwenden, sind beispielsweise aus der DE-U 93 13 409.6, DE-PS 26 18 127 und DE-PS 32 08 519 bekannt.

Nachteilig an den bekannten Luftreinigungsgeräten ist, daß in ihnen die Mikroorganismen zwar abgetötet werden und damit nicht mehr vermehrungsfähig sind, diese Mikro­ organismen - wenn auch biologisch inaktiv - körperlich jedoch nach wie vor in der Luft vorhanden sind und damit eingeatmet werden und Allergiereaktionen auslösen können. Weiterhin wird durch die UV-C-Strahler nur auf die in der Luft befindlichen Mikroorganismen eingewirkt, nicht je­ doch auf andere in der Luft vorhandene organische Verbin­ dungen, die als Aerosole oder in gasförmigem Zustand vor­ liegen können. Auch seine feinen Partikelfilter haben auf gasförmige organische Verbindungen keine Wirkung.

Um dieser Problematik zu begegnen, wird in der WO 97/09073 vorgeschlagen, Mikroorganismen sowie andere organische Verbindungen photokatalytisch zu zersetzen. Die hierdurch erreichbaren Erfolge sind zwar beachtlich, werden jedoch häufig als noch nicht ausreichend angesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Luftreinigungsge­ rät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß aus der Luft die abgetöteten Mikroorganismen sowie andere in der Luft enthaltene organische Verbindungen zuverlässig beseitigt werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenwände des Strömungskanals im Bereich der Strahlungs­ strecke, in der die Luft mit UV-C-Strahlung behandelt wird, zumindest bereichsweise eine Oberfläche aus einem Halbleitermaterial mit einer verbotenen Zone von wenig­ stens 3,2 eV aufweisen, die auf ein Trägermaterial auf Glasfaserbasis aufgebracht ist. Der Erfindung liegt damit die Überlegung zugrunde, die in der Luft enthaltenen ab­ getöteten Mikroorganismen sowie andere organische Verbin­ dungen mittels der Halbleitermaterialien unter UV-C- Strahlung photokatalytisch in Kohlendioxid und Wasser zu zersetzen, wie dies an sich bereits bekannt ist, wobei durch die Aufbringung des Halbleitermaterials auf das Trägermaterial auf Glasfaserbasis eine erhebliche Ober­ flächenvergrößerung im Vergleich zu einer direkten Auf­ bringung auf eine glatte Oberfläche erreicht wird, durch die der Wirkungsgrad der photokatalytischen Zersetzung um ein Mehrfaches gesteigert werden kann.

Als Trägermaterial kann beispielsweise eine Glasfaserge­ webematte oder eine Glasfaservliesmatte verwendet werden, wobei es zweckmäßig ist, keine ebene Matte zu verwenden, sondern ein Trägermaterial mit einer die Oberfläche ver­ größernden geometrischen Struktur zu verwenden. Beispiels­ weise kann das Trägermaterial wellenförmig oder zacken­ förmig ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, andere oberflächenvergrößernde Maßnahmen zu ergreifen, beispielsweise das Trägermaterial mit Vor­ sprüngen zu versehen.

Als Halbleitermaterial kann beispielsweise eine TiO₂- Schicht mit einer verbotenen Zone von 3,2 eV vorgesehen sein, wobei diese Schicht dann vorzugsweise eine Schicht­ dicke im Bereich von 100 bis 1000 nm besitzt.

In Ausgestaltung der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Innenwände des Strömungskanals im Bereich der Bestrahlungsstrecke zumindest bereichsweise eine die UV-C-Strahlung reflektierende Oberfläche aufweisen. Durch die Wandreflektion der UV-C-Strahlung kann die UV-C-Dosis und damit der Wirkungsgrad der Keimtötung wesentlich er­ höht werden. Ein solches UV-C-Strahlung reflektierendes Material ist beispielsweise Aluminium, das die UV-C- Strahlung zu mindestens 40% reflektiert.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die UV-C- Strahler als nicht ozonbildende Quecksilber-Niederdruck­ entladungsstrahler mit einer Primärstrahlung von 253,7 nm ausgebildet sind. Diese Art von Strahlern haben gegenüber ozonbildenden Strahlern den Vorteil, daß kein Ozon inner­ halb und außerhalb des Luftreinigungsgeräts auftritt.

Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, Strömungska­ nalabschnitte vorzusehen, in denen ausschließlich eine Abtötung der in der durchströmenden Luft enthaltenen Mi­ kroorganismen erfolgt und in denen dann die Innenfläche des Strömungskanal mit einer UV-C-Strahlung reflektieren­ den Oberfläche versehen ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Armaturen der UV-C-Strahler gegen Staub und Spritzwasser geschützt sind, wodurch das Luf­ treinigungsgerät allseitig und universell einsetzbar ist.

Im übrigen kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche der UV-C-Strahler mit einem halbleitenden Material mit einer verbotenen Zone von wenigstens 3,2 eV zu beschichten, wo­ durch die Strahleroberfläche zuverlässig vor Verschmut­ zungen geschützt werden kann.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch das Strömungskanalgehäuse einer ersten Ausführungs­ form eines Luftreinigungsgerätes nach der Er­ findung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Strömungskanal­ gehäuse entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Längsschnittansicht durch das Strömungskanalgehäuse eines Luftreinigungs­ gerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 1 durch das Strömungskanalgehäuse des Luftreinigungsgeräts.

In den Fig. 1 und 2 sowie 3 und 4 sind schematisch Ausführungsformen eines Luftreinigungsgerätes 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Luftreinigungsge­ rät 1 hat ein quaderförmiges Gehäuse 2 mit einer Front­ Wand 3, einer Rückwand 4 einer Deckenwand 5a und einer Bodenwand 5 sowie zwei gegenüberliegenden Stirnwänden 6, 6a.

Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Strömungskanal 7 ausge­ bildet, der sich zwischen einem Lufteinlaß 8, an dem ein Gebläse 9 vorgesehen ist, und einem Luftauslaß 10 des Ge­ häuses 2 erstreckt. Der Strömungskanal 7 weist drei ne­ beneinanderliegende Strömungskanalabschnitte 11, 12, 13 auf, die parallel zueinander in Längsrichtung des Gehäu­ ses 2 verlaufen und durch Trennwände 14, 15, die sich zwischen Deckenwand 5a und Bodenwand 5 erstrecken, von­ einander getrennt sind, wobei benachbarte Strömungskanal­ abschnitte 11, 12; 12, 13 jeweils durch eine Durchgangs­ öffnung 16, 17 derart miteinander verbunden sind, daß sie nacheinander durchströmt werden, sich also ein mäander­ förmiger Strömungsverlauf durch das Gehäuse 2 ergibt.

In den Strömungskanalabschnitten 11, 12, 13 sind röhren­ förmige UV-Strahler 18, 19, 20, 21 derart angeordnet, daß sich ihre Längsachsen parallel zur Längsachse des jewei­ ligen Strömungskanalabschnitts 11, 12, 13 erstrecken, wo­ bei in dem ersten und dritten Strömungskanalabschnitt 11, 13 jeweils ein UV-Strahler 18, 21 und in dem dazwischen­ liegenden zweiten Strömungskanalabschnitt 12 zwei UV- Strahler 19, 20 angeordnet sind. Es handelt sich dabei um nicht ozonbildende Quecksilber-Niederdruckstrahler, die im wesentlichen UV-C-Strahlung im Wellenlängenbereich von 253,7 nm aussenden, wo die Strahlung keimtötend wirkt.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Aus­ führungsformen ist auf die Oberfläche der Innenwände des ersten Strömungskanalabschnitts 11 und des dritten Strö­ mungskanalabschnitts 13 eine TiO₂-Schicht mit einer ver­ botenen Zone von 3,2 eV und einer Schichtdicke im Bereich von 10 bis 1000 nm aufgebracht. Wie in der Zeichnung dar­ gestellt ist, sind hierzu an den Innenwänden wellenförmig ausgebildete Glasfasergewebematten 22 vorgesehen, die mit einer TiO₂-Schicht beschichtet sind. Die Verwendung eines Glasgewebematerials hat den Vorteil, daß es sich mit TiO₂ leicht beschichten läßt und eine vergleichsweise große Oberfläche im Vergleich zur glatten Oberfläche der Strö­ mungskanalwände besitzt, die durch die Wellenform noch vergrößert wird.

Die Innenwandungen des zweiten Strömungskanalabschnitts 12 besitzen eine hochreflektierend polierte Aluminiumo­ berfläche, die in der Zeichnung als Strichlinie angedeu­ tet ist, so daß sie die Strahlung der in diesem Strö­ mungskanalabschnitt 12 vorgesehene UV-C-Strahler 19, 20 zu ca. 90% reflektieren.

Im Betrieb wird zu reinigende Luft durch das am Luftein­ laß 8 vorgesehene Gebläse 9 durch einen nicht dargestell­ ten Staubfilter angesaugt und in den Strömungskanal 7 ge­ drückt. Der weitere Strömungsverlauf ist durch Pfeile in Fig. 1 dargestellt, d. h. die Luft durchströmt zunächst den ersten Strömungskanalabschnitt 11, tritt dann durch die Durchgangsöffnung 16 unter Verwirbelung und Durch­ mischung in den zweiten Strömungskanalabschnitt 12 ein und durchströmt diesen nach einer Umlenkung um 180°, um am Ende des zweiten Strömungskanalabschnitts 12 unter ei­ ner nochmaligen Umlenkung um 180° durch die Durchgangs­ öffnung 17 in den dritten Strömungskanalabschnitt 13 ge­ führt zu werden und diesen zu durchströmen.

Am Ende des dritten Strömungskanalabschnitts 13 wird die Luft um 90° umgelenkt und zum Luftauslaß 10 geführt, wo Lamellen dafür sorgen, daß die Luft schräg nach unten austritt. Entsprechendes gilt für eventuell noch vorhan­ dene Rest-UV-Strahlung.

Während des Vorbeistreichens an den UV-C-Strahlern 18, 19, 20, 21 werden die in der Luft enthaltenen Keime durch die UV-C-Strahlung im Bereich der Wellenlänge 253,7 nm abgetötet, und zwar durch direkt von den UV-Strahlern 18, 19, 20, 21 ausgehende Strahlung, deren Wirkung im zweiten Strömungskanalabschnitt 12 noch durch die in an den Alu­ miniumwänden reflektierte Strahlung verstärkt wird, so daß hier ein besonders Entkeimungswirkungsgrad erzielt wird. Im ersten Strömungskanalabschnitt 11 werden die durch die UV-C-Strahlung abgetöteten Mikroorganismen, aber auch andere organische Verbindungen, welche die Luft verschmutzen, mittels der an den Wänden vorgesehenen TiO₂-Beschichtung unter der UV-C-Strahlung photokataly­ tisch in Kohlendioxid und Wasser zersetzt. Dabei ist auf­ grund der großen Oberfläche, die durch die Verwendung ei­ nes Glasfasergewebes als Trägermaterial erreicht wird, ein hoher Wirkungsgrad erzielbar. Hierdurch wird er­ reicht, daß die in der Luft enthaltenen organischen Ver­ schmutzungen im wesentlichen bereits im ersten Strömungs­ kanalabschnitt 11 beseitigt werden und somit nicht in den zweiten und dritten Strömungskanalabschnitt 12, 13 gelan­ gen und diesen verschmutzen können.

Im dritten Strömungskanalabschnitt 13 bewirkt die TiO₂- Schicht an den Strömungskanalwänden eine verstärkte Zer­ setzung der noch in der Luft vorhandenen, abgetöteten Mi­ kroorganismen, um sicherzustellen, daß die zu reinigende Luft nach Durchlaufen des dritten Strömungskanalab­ schnitts 12 frei von solchen Mikroorganismen ist.

Bei der ersten Ausführungsform haben die Strömungskanal­ abschnitte 11, 12, 13 somit unterschiedliche Funktionen. Im ersten Strömungskanalabschnitt 11 erfolgt neben der Abtötung von Bakterien, Pilzen, Viren oder anderen Mikro­ organismen zusätzlich eine Zersetzung von organischen Stoffen, welche die Luft verschmutzen. Der zweite Strö­ mungskanalabschnitt 12 ist auf eine besonders effektive Abtötung von Mikroorganismen ausgelegt, wobei jedoch kei­ ne Zersetzung dieser Mikroorganismen stattfindet, und der dritte Strömungskanalabschnitt 13 hat die Funktion, den verbleibenden Rest an noch lebenden Mikroorganismen abzu­ töten und schwerpunktmäßig die in den drei Strömungska­ nalabschnitten 11, 12, 13 abgetöteten Mikroorganismen ka­ talytisch zu zersetzen.

Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten zweiten Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Luftreinigungsgeräts 1 sind jeweils die Bodenwand und die Deckenwand der Strö­ mungskanalabschnitte 11, 12, 13 mit einer TiO₂-Schicht versehen, die genauso wie bei der ersten Ausführungsform auf eine wellenförmige Glasgewebematte 22 als Trägermate­ rial aufgebracht ist, während die Seitenwände eine hoch­ polierte, UV-C-Strahlung reflektierende Aluminiumoberflä­ che besitzen, die als Strichlinie dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform sind somit die drei Strömungska­ nalabschnitte 11, 12, 13 im wesentlichen gleich ausgebil­ det und haben die übereinstimmende Funktion, einerseits durch direkt von den UV-Strahlern 18, 19, 20, 21 ausge­ hende Strahlung sowie durch an den Seitenwänden reflek­ tierte Strahlung die in der Luft enthaltenen Keime abzu­ töten, und andererseits mittels der TiO₂-Beschichtung un­ ter Einwirkung der UV-C-Strahlung die abgetöteten Mikro­ organismen sowie weitere in der Luft enthaltene organi­ sche Verbindungen photokatalytisch in Kohlendioxid und Wasser zu zersetzen.

Es hat sich gezeigt, daß durch den Einsatz von Halblei­ termaterialien mit einer verbotenen Zone von wenigstens 3,2 eV die abgetöteten Mikroorganismen sowie organischen Verschmutzungen der Luft fast vollständig katalytisch in Kohlendioxid und Wasser zersetzt werden können, so daß die gereinigte Luft praktisch frei von Verschmutzungen ist.

Um einen besonders hohen Wirkungsgrad zu erzielen, können zusätzlich die UV-C-Strahler mit einem halbleitenden Ma­ terial wie beispielsweise TiO₂ mit einer verbotenen Zone von wenigstens 3,2 eV beschichtet sein, wodurch Ver­ schmutzungen der UV-C-Strahler wirksam verhindert werden können. Weiterhin können Vorkehrungen getroffen sein, um die Armaturen der UV-C-Strahler gegen Staub und Spritz­ wasser zu schützen, so daß das Luftreinigungsgerät uni­ versell einsetzbar ist.

Claims (14)

1. Luftreinigungsgerät für die Luftentkeimung mit einem Strömungskanal (7) für die Durchführung der Luft, in dem wenigstens ein UV-C-Strahler (18, 19, 20, 21) an­ geordnet ist, um die den Strömungskanal (7) durch­ strömende Luft mit UV-C-Strahlung zu behandeln und so die darin enthaltenen Mikroorganismen abzutöten, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände des Strö­ mungskanals (7) im Bereich der Strahlungsstrecke, in der die Luft mit UV-C-Strahlung behandelt wird, zu­ mindest bereichsweise eine Oberfläche aus einem Halb­ leitermaterial mit einer verbotenen Zone von wenig­ stens 3,2 eV aufweisen, die auf ein Trägermaterial (22) auf Glasfaserbasis aufgebracht ist.

2. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trägermaterial eine Matte (22) aus einem Glasfasergewebe ist.

3. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trägermaterial eine Matte aus einem Glasfaservlies (22) ist.

4. Luftreinigungsgerät nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (22) eine oberflächenvergrößerte geometrische Struk­ tur besitzt.

5. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trägermaterial (22) wellenförmig ausgebildet ist.

6. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trägermaterial zackenförmig ausge­ bildet ist.

7. Luftreinigungsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial Vor­ sprünge aufweist.

8. Luftreinigungsgerät nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche aus Halbleitermaterial durch eine TiO₂-Schicht mit einer verbotenen Zone von 3,2 eV gebildet ist.

9. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die TiO₂-Schicht eine Schichtdicke im Bereich von 100 bis 1000 nm besitzt.

10. Luftreinigungsgerät nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände des Strömungskanals (7) im Bereich der Bestrahlungs­ strecke zumindest bereichsweise eine die UV-C- Strahlung reflektierende Oberfläche aus insbesondere Aluminium aufweist.

11. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die reflektierende Oberfläche so ausge­ bildet ist, daß sie die UV-C-Strahlung zu mindestens 40% reflektiert.

12. Luftreinigungsgerät nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine UV-C-Strahler (18, 19, 20, 21) als nicht ozonbilden­ der Quecksilber-Niederdruckentladungsstrahler mit einer Primärstrahlung von 253,7 nm ausgebildet ist.

13. Luftreinigungsgerät nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Armaturen der UV-C-Strahler gegen Staub und Spritzwasser geschützt sind.

14. Luftreinigungsgerät nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der UV-C-Strahler mit einem halbleitenden Material mit einer verbotenen Zone von wenigstens 3,2 eV beschich­ tet ist.