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Die Erfindung betrifft ein Gebläse mit Filterfunktion. Die Erfindung wird nachfolgend für ein Gebläse zur Filterung der Raumluft beschrieben. Prinzipiell ist das Prinzip der Erfindung aber auch für andere Fluide und Anwendungen geeignet.
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Die Reinigung der Raumluft von Partikeln und Keimen kann neben installierten Lüftungsanlagen über mobile Geräte erfolgen, die im Raum aufgestellt werden und die Luft umwälzen. Solche Geräte sind in verschiedenen Bauformen bekannt und zum Beispiel in der
US2020284449 (A1) beschrieben. Sie bestehen aus mindestens einem Gebläse, einem Filter und einem Gehäuse, das die Durchströmung des Filters sicherstellt. Ergänzt werden die Geräte gelegentlich mit Funktionen zur Luftbefeuchtung, Ionisierung und Entkeimung der Luft und des Filters.
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Da solche Geräte im Raum aufgestellt werden, sollten sie klein und möglichst leise sein.
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Um eine befriedigende Filterleistung gerade bei feinen Partikeln zu erreichen, sind Filter mit kleinen Porengrößen erforderlich. Dieses erhöht den Strömungswiderstand und erfordert Gebläse mit einem hinlänglichen Druckvermögen um ausreichende Volumenströme zu erreichen. Solche Eigenschaften weisen Radialgebläse auf. Ihr Druckvermögen beruht darauf, dass Zentrifugalkräfte wirken, so dass der Wirkungsgrad mit hohen Drehzahlen oder großen Durchmessern steigt. Beides ist mit kleinen und leisen Bauformen schwer vereinbar. Dieses führt dazu, dass bestehende Geräte eher mit Axiallüftern versehen sind. Der schlechte Wirkungsgrad wird zugunsten kompakter Abmaße in Kauf genommen.
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Damit die Luft nicht ungefiltert entweicht, ist zwischen Lüfter und Filter eine gute Abdichtung erforderlich, die den konstruktiven Aufwand erhöht, da auch bei Filterwechseln durch den Benutzer die Funktion einwandfrei gewährleistet werden muss.
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Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, einen Fluidfilter zu konzipieren, der mit einfachem Aufbau und kompakten Abmaßen und geringer Geräuschentwicklung eine gute Strömungsleistung erreicht.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie den Ausprägungen der abhängigen Unteransprüche gelöst.
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Die Lösung beruht darauf, die Funktion eines Filters mir der eines Radialgebläses zu kombinieren, indem der Filter selbst in Rotation versetzt wird. Durch die Integration der Funktionen entfällt die Notwendigkeit einer Abdichtung zwischen Filter und Gebläse. Das Druckdifferential fällt unmittelbar an der Filterwand an. Indem ein Rotationssymmetrischer Filter mit gefalteter Filtermembran verwendet wird, wie er z.B. bei zylindrischen Luftfiltern für Kraftfahrzeuge Verwendung findet, kann eine große Membranfläche zum Einsatz kommen. Die Falten übernehmen dabei gleichzeitig die Funktion der Lüfterschaufeln des Radialgebläses, indem sie die Luft im Innern des Filters in Rotation versetzen und mittels Fliehkraft durch die Filtermembran pressen. Durch die gleichmäßig verteilte Lustströmung ist die Geräuschentwicklung des Gebläses mit Filterwirkung zu vernachlässigen, so dass als wesentliche Geräuschquelle der motorische Antrieb bleibt.
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Der Aufbau des Gebläses mit Filterfunktion ermöglicht einen Luftaustritt am gesamten Umfang, was Strömungsgeräusche und unerwünschte Zugluft minimiert. Die Strömungsrichtung ist hierbei spiralförmig, was hilfreich sein kann, den Raum effizient zu belüften.
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Die Kombination mit einer effizienten Entkeimung kann beispielsweise über eine Lampe mit Strahlung im ultraviolettem Spektrum erfolgen. Wird diese Lampe zentrisch im rotierenden Filter angeordnet, wirkt deren Strahlung einerseits auf die axial einströmende Luft, andererseits auch auf die Filtermembran, so dass Keime, die sich dort sammeln, effektiv abgetötet werden können. Durch die Rotation wird sichergestellt, dass alle Bereiche der Filtermembran gleichmäßig bestrahlt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert.
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1 zeigt das Gebläse mit Filterfunktion. Erkennbar ist der zylindrische Filter (1) mit der gefalteten Filtermembran (11) sowie der damit verbundene motorische Antrieb (2). Der Filter ist an der oberen Seite offen und an der Unterseite mit dem motorischen Antrieb (2) verbunden. Die Luft strömt, mit Pfeilen angedeutet, von oben in den rotierenden Filter. Der Filter ist fliegend gelagert, um am offenen Ende einen ungestörten Zufluss der Luft zu ermöglichen. Gezeigt ist einem Filter mit größter Abmessung in Richtung der Rotationsachse. Dieses ergibt eine verhältnismäßig große Fläche der gefalteten Filtermembran (11) bei kompakten Abmaßen. Denkbar wäre für eine flache Bauform, - z.B. für Wand- oder Deckenmontage - auch ein Filter mit kleiner Abmessung in Richtung der Rotationsachse. Um einen periodischen Austausch des Filters durch den Anwender zu ermöglichen, kann die Verbindung (4) zwischen dem Filter (1) und dem Antrieb (2) lösbar gestaltet sein. Diese Aufgabe kann zum Beispiel mit Hilfe von Schnappverbindungen, Magneten oder Klettverschlüssen gelöst werden.
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Umwuchten, die bauartbedingt bei einem gefalteten Filter (1) zwangsläufig stärker ausfallen als bei einem optimierten Lüfterrad, müssen durch geeignete Aufhängung und Entkopplung kompensiert werden. Der rotierende Filter (1) bildet hierbei einen Kreisel, der um die Achse des geringsten oder größten Trägheitsmoments stabil rotiert. Stimmt diese Achse nicht exakt mit der Antriebsachse überein, kommt es zu Vibrationen. Diese können minimiert werden, indem entweder der Filter (1) von der Achse des Antriebs (2) elastisch entkoppelt wird (nicht abgebildet), oder Filter (1) und Antrieb (2) gemeinsam elastisch im Gehäuse (6) aufgehängt werden. Dieses kann mit Federn (5) aus Metall oder Elastomer, oder besonders platzsparend und effizient mittels Abstandsgewirken erfolgen. Elastomer und Abstandsgewirk stellen auch die notwendige Dämpfung bereit, die erforderlich ist um Nutationsbewegungen der rotierenden Massen abzubauen.
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2 zeigt die das Gebläse mit Filterfunktion im Schnitt, mit einer zusätzlichen Entkeimung mittels ultraviolettem Licht. Hierfür ist am offenen Ende des Filters eine stabförmige Lampe (3) so installiert, dass sie in den Filter (1) hineinragt. Besonders geeignet sind unbeschichtete Quecksilberdampflamen, die Licht im UV-C-Spektrum emittieren und in stabförmiger Bauweise in verschiedenen Längen angeboten werden. Die einströmende Luft streicht an der Lampe (3) vorbei, bevor sie durch die Wandung des Filters hindurch austritt. Keime, die sich im Filter verfangen werden durch die ultraviolette Bestrahlung abgetötet.
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3 zeigt die Ansicht von oben eine mögliche Ausprägung des Gehäuses. Um den Filter (1) und der darin betriebenen UV-Lampe (3) optisch zu verbergen und gleichzeitig einen effizienten Luftaustritt zu gewährleisten, kann das Gehäuse am Umfang des Filters (1) mindestens eine gekrümmte Schale ausbilden, die sich spiralförmig in Richtung der Rotationsrichtung des Filters (1) öffnet. Dabei ist vorteilhaft, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Abstand vom Gebläse rasch abnimmt und damit unangenehme Zugluft vermeiden wird, durch die Rotation dennoch der gesamte Raum effektiv durchlüftet wird und damit ein effizienter Austausch zwischen gefilterter und ungefilterter Luft stattfindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filter
- 2
- Antrieb
- 3
- Lampe
- 4
- Verbindung
- 5
- Feder
- 6
- Gehäuse
- 11
- Filtermembran
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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