DE202021103664U1

DE202021103664U1 - Vorrichtung für die Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft

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Publication number: DE202021103664U1
Application number: DE202021103664.8U
Authority: DE
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2021-10-15
Anticipated expiration: 2031-07-09
Also published as: DE102020121130A1; WO2022033722A1

Abstract

Vorrichtung (1) für die lokale Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft, umfassend
a) mindestens einen Durchströmungskanal (13) mit einem oder mehreren Durchströmungsquerschnitten,
b) mindestens einen Ventilator (7) zur Erzeugung eines Luftstromes im Durchströmungskanal,
c) Mittel zur Sterilisierung (10) von mindestens einem Aerosol im Luftstrom,
d) mindestens einer Ansaugöffnung (4) für die aerosolhaltige Luft in den Durchströmungskanal sowie
e) mindestens einer Abluftöffnung (6) für einen sterilisierten Luftstrom aus den Durchströmungskanal, wobei
f) die mindestens eine Ansaugöffnung in mindestens ein Ansaugvolumen (14) einmündet, wobei jedes des mindestens einen Ansaugvolumens jeweils an eine Aerosolquelle angrenzt.

Description

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung für die Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft, vorzugsweise mit einem Krankheitserreger wie Corona Virus SARS-CoV-2, Erkältungs- und Grippeviren und anderen ansteckenden viralen Krankheitserregern kontaminierten Aerosol gemäß dem ersten Schutzrechtsanspruch.
In Innenräumen, in denen sich Menschen in hoher Dichte in einer gewissen räumlichen Ordnung aufhalten, besteht ein erhöhtes Ansteckungsrisiko aufgrund der Übertragungsmöglichkeiten von Viren, insbesondere von Corona Virus SARS-CoV-2, durch mit Viren belastete Aerosolteilchen, die von den dort anwesenden Menschen ausgeatmet oder beim Niesen oder Husten ausgestoßen werden. Aerosole sind aufgrund ihrer kleinen Größe (Masse) lufttragend und können je nach Umgebungsbedingungen bis zu mehreren Stunden luftgetragen in den Innenräumen verbleiben. Zu solchen Innenräumen zählen u.a. Restaurants, Seminar- und Schulungsräumen, Klassenräume in Schulen, Hörsäle, Arztpraxen, Besprechungszimmer bei Ärzten, Fitnessstudios etc., aber auch Reinräume oder andere Räume mit einer kontrollierten Atmosphäre.
Aufgrund der Übertragungswege über Aerosole sind deshalb Mindestabstände notwendig, wie z.B. vor dem Hintergrund der aktuellen Vorgaben zum Corona Virus SARS-CoV-2 größere Tischabstände in Restaurants, die wiederum aufgrund der geringeren Belegungsdichte zu hohen wirtschaftlichen Verlusten führen. In ähnlicher Weise führen diese Vorgaben zu Abstandsregeln in Schulen dazu, dass Unterricht nur in kleineren Gruppen für kürzere Unterrichtszeiten stattfinden kann, was zu massiven Ausfällen von Unterrichtsstunden führt. In diesen Umgebungen befinden sich jedoch meist Einzelpersonen oder kleinere Gruppen von Personen an einem festgelegten Ort in dem Innenraum (z.B. vier Familienmitglieder an einem Tisch im Restaurant, oder eine Dreiergruppe von Schülern an einem Arbeitstisch, oder eine einzelne Person an einem Fitness-Gerät im Studio, oder ein Patient beim Zahnarzt). Daher liegt die Bestrebung darin, den Austausch der Aerosole von einer Person oder von einer Gruppe von Personen zu einer anderen Personengruppe, z.B. von einem Tisch im Restaurant zu dem nächsten oder übernächsten Tisch, zu verhindern oder zu reduzieren.
Zudem wird die Übertragung der Viren durch Aerosole beeinflusst durch äußere Umwelteinflüsse, wie Temperatur und Luftfeuchte, die einen Einfluss auf die Lebensdauer der Aerosole und damit der Viren in der Luft haben. So können die Aerosolpartikel bei trockener Luft schneller austrocknen und damit den Virus schneller unschädlich machen, als dies bei feuchter Luft möglich ist. Zu beobachten ist dies besonders drastisch z.B. in den Schlachthöfen, in denen niedrige Temperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit die Übertragung der Viren begünstigen.
Bekannt sind beispielsweise Absaugvorrichtungen insbesondere für gewerbliche Anwendungen, bei denen eine Absaugöffnung wie eine Absaugglocke an eine Emissionsquelle positioniert wird und die Emissionen aufgesaugt und in ein Abluftkanalsystem weitergeleitet werden. Die Absaugung erfolgt schon aus Gründen des Lärmschutzes in der Regel am Ende des Abluftkanalsystems. Eine Sterilisation erfolgt - sofern überhaupt vorgesehen - üblicherweise zentral für alle angeschlossenen Absaugungen abseits im Abluftkanalsystem. Derartige Absaugvorrichtungen sind jedoch Abluftsysteme, d.h. die abgesaugte Luft wird bei geschlossenen Räumen durch andere Öffnungen in den Raum wieder einströmen, was wiederum einen Einsatz insbesondere in Sicherheitsbereichen oder Reinräumen nicht ermöglicht.
Weiterhin sind Abluftanlagen für Räume bekannt, bei denen die Luft meist an nur wenigen Stellen im Raum abgesaugt wird, oftmals an der Raumdecke. Die Absaugung erfolgt integral und nicht für jede Emissionsquelle separat, was insbesondere für die Absaugung und Vernichtung von erregerhaltiger Luft nicht zufriedenstellend ist.
Ferner sind Umluftanlagen bekannt, bei denen die Luft in einem Raum angesaugt, behandelt, d.h. gereinigt, gefiltert und/oder temperiert an anderer Stelle wieder zurück in den Raum geführt wird. Sie dienen vorzugsweise der Luftkonditionierung in geschlossenen Räumen, Fahrzeugen und Gebäuden.
Umluftanlagen sind als Umluftabreinigungsanlagen vorzugsweise Klima- und Abreinigungsanlagen in Reinräumen, bei denen die abgesaugte Luft zentral oder dezentral an Verunreinigungsquellen üblicherweise über ein Umluftkanalsystem aus dem Raum geleitet, dort gereinigt, gefiltert und/oder temperiert wieder in den Raum geleitet wird. Ähnliche Umluftanlagen dienen beispielsweise auch der Fahrzeugklimatisierung oder der Klimatisierung von Großrechneranlagen.
Ein Beispiel für Umluftabreinigungsanlagen, bei der die angesaugte Luft zur Behandlung nicht aus dem Raum geleitet wird, sind Umluft Dunstabzugshauben für Küchen- und Laboranwendungen.
Bekannt sind aber auch Ansätze, bei denen Umluftabreinigungsanlagen auch zusätzlich oder ausschließlich für die Entkeimung einer durchströmenden Luft herangezogen werden.
Aus der EP 2 455 678 A2 ist eine solche Umluftabreinigungsanlage zur Entkeimung strömender Luft insbesondere für den klinischen Bereich bekannt. Hierfür wird der Luftstrom, vorzugsweise in einem Volumenstrom vorzugsweise bis zu 250 m³/h mittels eines UVC-Strahlers mit einer Strahlungsleistung von mindestens 30 mW/cm² ausgesetzt und damit sterilisiert. Hierbei kommt Licht vorzugweise mit einer Wellenlänge oberhalb 200 nm zum Einsatz. Ferner wird vorgeschlagen, die Abreinigung mit einer zusätzlichen Ionisierung und/oder zur Partikelabtrennung mit einer Filterreinigung zu kombinieren. Eine auf eine Verunreinigungsquelle gerichtete lokale Absaugung wird nicht offenbart. Eine Kombination aus einem Schwebstofffilter und einer nachgeschalteten UV-Sterilisation für den Einsatz in einer luft- und klimatechnischen Anlage allgemein ist ferner aus der DD 1576 26 bekannt.
Auch aus der DE 10 2015 013 630 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von keimreduzierter Raumluft insbesondere für technische Lagersysteme bekannt. Keime werden ebenfalls mittels UVC-Strahlung abgetötet. Auch dieses System weist keine auf eine Verunreinigungsquelle gerichtete lokale Absaugung auf.
Aus der DE 20 2016 004 286 U1 eine Lüftungsanordnung mit einer zum Wrasenabzug vorgesehenen Dunstabzugshaube für den Küchenbereich bekannt, bei der einem Abscheider nachgeschaltete UV-Lichtstrahler angeordnet sind und dort eine Ozonbildung derart bewirkt, dass neben der antibakteriellen Wirkung auch in der gefilterten Abluft enthaltene Partikel zerkleinert werden und über eine Absaugung zur Entlüftung gelangen. Die Anlage ist dabei so konzipiert, dass hier eine Mischluft aus externer Frischluft und/oder Küchendunst gebildet werden kann.
Alle genannten Umluftabreinigungsanlagen zeichnen sich aber oftmals durch eine ausgeprägte Geräuschentwicklung aus, da die angesaugte Luft durch eine druckmindernde Abreinigungsstufe, in der Regel ein Filterelement, gefördert werden muss. Dies schränkt jedoch die Einsatzfähigkeit enorm ein.
Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Neuerung darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass sie sich für die Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft, vorzugsweise mit einem Krankheitserreger wie Corona Virus SARS-CoV-2, Erkältungs- und Grippeviren und anderen ansteckenden viralen Krankheitserregern, einerseits und dabei konzeptionell für den Einsatz in lärmsensiblen Umgebungen eignet.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Hierauf rückbezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen wieder.
Eine Lösung der Aufgabe basiert auf dem Grundgedanken einer Kombination aus eines lokalen Einfangens der Aerosole an einem Ort mit einer Person, mit mehreren zusammengehörenden Personen (z.B. an einem Restauranttisch) oder einer anderen Aerosolquelle, verbunden mit einer lokalen De-Aktivierung des Virus (Unschädlichmachen) bei gleichzeitig niedrigen Durchströmungswiderstand.
Es wird folglich eine Vorrichtung vorgeschlagen, die aerosolhaltiger Luft aus mindestens einem Absaugvolumen in einem unmittelbaren und lokal abgrenzbaren Umgebungsbereich über mindestens eine Ansaugöffnung lokal einsaugt, in der Vorrichtung sterilisiert und wieder in diesen Umgebungsbereich über mindestens eine Abluftöffnung wieder abgibt. Die Umgebungsbereiche erstrecken sich vorzugsweise im Bereich zwischen 1 bis 4 m weiter bevorzugt säulen- oder kugelförmig um die Vorrichtung. Der Abstand zwischen der Ansaugöffnung und Abluftöffnung beträgt vorzugsweise maximal 1,5 m, weiter bevorzugt maximal 1,0 m.
Eine Abreinigung der Luft vom Aerosol und/oder von Partikeln steht nicht im Vordergrund, sondern die möglichst effektive Sterilisierung der angesaugten aerosolhaltigen Luft. Abscheidestufen, die einen zusätzlichen Durchströmungswiderstand in der Vorrichtung hervorrufen würden, sind nicht erforderlich. Dennoch werden im Rahmen von einzelnen Ausführungsformen nachfolgend auch Abscheidemittel oder Mittel zur Abtrennung von Strömungsanteilen im Rahmen der Mittel zur Sterilisierung vorgeschlagen, die jedoch ihre Funktion nur im Gesamtkontext der Sterilisierung übernehmen. Das Ziel der gleichzeitig zum Abtrennen laufenden Behandlung ist es, die Viren unschädlich zu machen, so dass keine Infektivität mehr besteht.
Zur Lösung der Aufgabe wird folglich eine Vorrichtung für die Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft vorgeschlagen, umfassend folgende Komponenten:

a) mindestens einen Durchströmungskanal mit einem oder mehreren Durchströmungsquerschnitten, vorzugsweise einen Durchströmungskanal mit einem Durchströmungsquerschnitt,
b) mindestens einem Ventilator zur Erzeugung eines Luftstromes im Durchströmungskanal,
c) Mittel zur Sterilisierung von mindestens einem Aerosol im Luftstrom,
d) mindestens einer Ansaugöffnung für die aerosolhaltige Luft in den Durchströmungskanal sowie
e) mindestens einer Abluftöffnung für einen sterilisiertenLuftstrom aus den Durchströmungskanal,

f) die mindestens eine Ansaugöffnung in mindestens ein Ansaugvolumen einmündet, wobei jedes des mindestens einen Ansaugvolumens jeweils an eine Aerosolquelle angrenzt.

Lokal heißt in diesem Zusammenhang eine apparative Nähe, vorzugsweise Zusammenfassung von Ansaugung und Ausstoß von der aerosolhaltigen Luft mit der Sterilisierung dieser Luft, vorzugsweise im Umluftbetrieb. Lokal heißt insbesondere auch die apparative Nähe der Vorrichtung zum Ansaugvolumen und zur an diese angrenzende mindestens eine Aerosolquelle als örtliche Abgrenzung zu benachbarte Vorrichtungen/Ansaugvolumina/Aersolquellen mit anderen, vorzugsweise nicht überschneidenden Ansaugvolumina im gleichen Raum. In einem Restaurant bilden z.B. die einzelnen Tische mit an diesen sitzenden Personen (Aerosolquellen) sowie einer auf, über oder unter dem Tisch angeordneten Vorrichtung mit einem dazwischen angeordneten Ansaugvolumen (vorzugsweise über der Tischplatte) ein lokales System, das sich benachbarten gleichartigen Systemen örtlich abgrenzt.
Wesentlich ist, dass die Luft aus dem Volumen mit der lokalen Aerosolquelle angesaugt wird. Das genannte Ansaugvolumen ist folglich das Volumen unmittelbar vor der Ansaugöffnung (Distanz vorzugsweise bis 1 Meter zwischen Ansaugöffnung und Aerosolquelle) und befindet sich im Einströmbereich der Vorrichtung. Ein Ansaugvolumen erfasst ferner mindestens eine der Aerosolquellen, die in das Ansaugvolumen ein Aerosol abgeben. Im Einströmbereich bildet sich eine in Richtung der Ansaugöffnung gerichtete dominierende Strömung.
Das genannte Ansaugvolumen wird folglich als das begrenzte Volumen unmittelbar vor der Ansaugöffnung mit einem freien Abstand zur Ansaugöffnung von 0,6 m, vorzugsweise 1,0 m, weiter bevorzugt 1,5 m definiert. Sie umfasst vorzugsweise den Volumenbereich zwischen der Ansaugöffnung und der Aerosolquelle. Es steht im fluidischen Kontakt zu einer Aerosolquelle, z.B. einem ausatmenden Menschen, und der Ansaugöffnung als Aerosolsenke. Weiter bevorzugt umfasst ein Ansaugvolumen dabei zumindest das kleinste Kugelvolumen zwischen einer Ansaugöffnung und einer Aerosolquelle, wobei sowohl Ansaugöffnung als auch Aerosolquelle die sphärische Oberfläche des Kugelvolumens berühren.
Der mindestens eine Durchströmungskanal verbindet, vorzugsweise aus- oder einleitende Abzweigung, die mindestens eine Ansaugöffnung mit der mindestens einen Abluftöffnung. Der mindestens eine Durchströmungskanal weist an jeder Stelle (in Summe) einen Durchströmungsquerschnitt auf, der nicht zwingend einheitlich konstant sein muss. Der Durchströmungskanal ist ganz oder zum überwiegenden Teil, d.h. in mindestens einem Abschnitt vorzugsweise vertikal ausgerichtet. Zugunsten eines geringen Strömungswiderstands wird eine vorzugsweise geradlinige Ausgestaltung vorgeschlagen, weist aber je nach nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen und Ausgestaltung der Mittel zur Sterilisierung auch Strömungsumlenkungsbereiche auf. Unten liegende Strömungsumlenkungsbereiche sind zudem als Sammelbereiche, vorzugsweise Sammelbehälter für abgeschiedene Aerosolbestandteile und/oder Partikel ausgestaltbar.
Eine Auffächerung oder Unterteilung in mehrere Durchströmungskanäle (Teilkanäle) und/oder Zusammenführung aus mehreren Durchströmungskanälen (Teilkanälen) zwischen der mindestens einen Ansaugöffnung und der mindestens einen Abluftöffnung fallen in den Rahmen der Neuerung. Vorzugsweise verlässt auch dann die angesaugte Luftmenge grundsätzlich und abgesehen von im Durchströmungskanal vorrübergehend abgeschiedene Aerosolbestandteilen und/oder den durch die Vorrichtung unschädlich gemachten Aerosolen und/oder Partikeln die Vorrichtung nur über die mindestens einen Abluftöffnung wieder.
Grundsätzlich umfasst die Neuerung folgende Ausführungsgrundformen der Mittel zur Sterilisierung:

- Mittel zur Sterilisierung, die auf den zu sterilisierenden Luftstrom direkt und auf abgeschiedene Aerosolbestandteile einwirken, ein- oder mehrstufig. Die Mittel umfassen zusätzlich Mittel zur Abtrennung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon aus dem Luftstrom. Diese Mittel zur Abtrennung dienen vorzugsweise der selektiven und temporären Fixierung von Aerosolbestandteilen für eine nachfolgende Sterilisierung. Sie sind nicht für eine Abtrennung von Staubpartikeln oder anderen festen Bestandteilen vorgesehen.
- Mittel zur Sterilisierung, die auf den zu sterilisierenden Luftstrom direkt einwirken, ein- oder mehrstufig, aber ohne die vorgenannten Mittel zur Abtrennung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon aus dem Luftstrom.

Die Mittel zur Sterilisierung weisen je nach Ausführungsform einen Wirkbereich im Durchströmungskanal und/oder über die Abscheideflächen auf. Sie sind weiterhin wie folgt ausgestaltbar und umfassen folglich mindestens eines der folgenden Mittel:

- Heizmittel mit Wirkbereich im Durchströmungskanal,
- UV-Lichtquelle, vorzugsweise eine UVC-Lichtquelle, mit Wirkbereich im Durchströmungskanal,
- Mittel für eine Plasmaentladung mit Wirkbereich im Durchströmungskanal, und/oder
- mindestens eine Mikrowellenquelle mit Wirkbereich im Durchströmungskanal.

Die Neuerung wird anhand von Ausführungsformen und -beispielen, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Alle dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele und deren Ausgestaltungen begrenzt. Vielmehr sollen diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar angesehen werden. Es zeigen

1a und b schematisch eine beispielhafte Anordnung einer Ausführungsform der Vorrichtung in seitlicher Ansicht (a) und Draufsicht (b),
2a bis c schematische Querschnittsansichten von bevorzugten Ausgestaltungen für eine Anordnung nach 1a und b,
3 eine schematische Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausgestaltung für eine Anordnung auf einer Tischplatte,
4a und b schematisch beispielhafte Unterfluranordnungen von Ausführungsformen der Vorrichtung in seitlicher Ansicht,
5 schematisch eine beispielhafte weitere Ausführungsform, bei der die mindestens eine Abluftöffnung direkt in das mindestens eine Ansaugvolumen ausmündet,
6a und b schematisch weitere Ausführungsform gemäß 1a und b, jedoch umfassend mindestens ein Mittel zur Umlenkung des Luftstroms aus der Abluftöffnung in Richtung der mindestens einen Ansaugöffnung,
7a und b schematisch beispielhafte Mittel zur Sterilisierung, umfassend eine elektrostatische Abscheidung für das Aerosol,
8a und b schematisch beispielhafte Mittel zur Sterilisierung, umfassend eine Abscheidung für das Aerosol mittels Massenkraftabscheider und/oder eine den Durchströmungsquerschnitt überspannende Filterfläche,
9a bis d in schematischen Schnittdraufsichten über den Durchströmungsquerschnitt des Durchströmungskanals beispielhafte Mittel zur Sterilisierung, umfassend umströmbare Elemente sowie
10a und b eine besonders bevorzugte Ausführungsform mit einer Ausgestaltung der Mittel zur Sterilisierung mittels UVC LED und Abwärmeleitblechen.

Im Rahmen einer durch 1 repräsentierten bevorzugten ersten Ausführungsform ist Vorrichtung 1 oberhalb einer Tisch- oder Arbeitsplatte 2 oder eines begehbaren Raumes angeordnet. Personen 3 (oder andere Keimquellen) als Aerosolquellen sitzen meist um den Tisch oder befinden sich im Raum, wobei die mindestens eine Ansaugöffnung 4 vorzugsweise auf Höhe oder über den Aerosolquellen (z.B. Atemöffnungen der Personen) angeordnet sind und vorzugsweise nach unten weisen.
2a bis c zeigen in schematischen Querschnittsansichten einfache bevorzugte Ausgestaltungen hierzu. Sie umfassen jeweils ein vertikal ausgerichtetes beidseitig offenes rohrförmiges Gehäuse 5, wobei die untere Öffnung die Ansaugöffnung 4 und die obere Öffnung die Abluftöffnung 6 bilden. In oder auf die Abluftöffnung ist vorzugsweise der Ventilator 7 ein- bzw. aufgesetzt. Er überspannt vorzugsweise den gesamten Durchströmungsquerschnitt. Die Mittel zur Sterilisierung 10 befinden sich im Gehäuse zwischen Ventilator und Ansaugöffnung. Die Ansaugöffnung weist vorzugsweise nach unten. Das rohrförmige Gehäuse weist vorzugsweise einen konstanten Querschnitt auf (2a). Mit einem nach unten hin trompetenförmig erweiternden Durchströmungsquerschnitt des Gehäuses zum Austritt hin (2b) erfolgt eine strömungsgünstigere Ansaugung der Aerosolhaltigen Luft aus dem Ansaugvolumen 14 über den Tisch. Sie begünstigt in vorteilhafter Weise eine laminare Anströmung in die Vorrichtung. Eine individualisierbare Absaugung für jede Person separat zeigt 2c, bei denen die Absaugöffnungen 4 seitlich unten in das Gehäuse 5 radial einmünden. Vorzugsweise sind diese Absaugöffnungen in ihrer Ausrichtung ausrichtbar.
Ferner befinden sich in den Gehäusen im Durchströmungskanal 13 die Mittel zur Sterilisierung 10 der durchströmenden aerosolhaltigen Luft, die wiederum mit Pfeilen angeordnet sind. Die Mittel zur Sterilisierung sind ein- oder mehrstufig.
Eine bevorzugte Ausgestaltung hierzu umfasst ein in 3 beispielhaft dargestelltes nach oben hin offenes Gefäß 11, in das ein Teil der Vorrichtung 1 einschließlich der Ansaugöffnung 4 unter Bildung eines Ringspaltvolumens 12 eingesetzt ist. Die Vorrichtung mit dem Gefäß ist dabei vorzugsweise ein Tischgerät, wobei das Gefäß zumindest teilweise in dem mindestens einen Ansaugvolumen liegt und als Mittel zur Umlenkung der angesaugten aerosolhaltigen Luft dient.
Im Rahmen einer bevorzugten weiteren Ausführungsform gemäß 4a ist die Vorrichtung 1 unterhalb einer Boden-, Tisch- oder Arbeitsplatte 2 angeordnet, wobei die Ansaugöffnung durch die Boden-, Tisch- oder Arbeitsfläche hindurch nach oben weist. Der Vorteil liegt darin, dass diese Ausgestaltung eine Unterflurgestaltung repräsentiert und damit mit seinem Bauvolumen und seinem Betriebsgeräusch besser durch die Boden-, Tisch- oder Arbeitsplatte abgeschirmt wird. Sie wird in vorteilhafter Weise nicht mehr als so störend empfunden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung hierzu sieht vor, die nach oben hin offene Ansaugöffnung 4 unter Bildung eines umlaufenden Ansaugspalts 21 mit einem Abdeckelement beabstandet zur Boden-, Tisch- oder Arbeitsplatte 2 abzudecken. Bei einem Tisch ist dieses Abdeckelement vorzugsweise eine Abdeckplatte 8, die als Abstellmöglichkeit z.B. für Speisen nutzbar ist (4b). Dabei mündet der Spalt in besonders vorteilhafter Weise an der Stelle in das Absaugvolumen, an die um den Tisch sitzende Personen vorzugsweise hin ausatmen.
4b zeigt auch optionale Durchtrittsöffnungen 22 durch die Boden-, Tisch- oder Arbeitsplatte 2 angeordnet unter dem Ansaugvolumen 14. Sie dienen der Rückleitung des Luftstroms aus der Abluftöffnung 6 in das Ansaugvolumen 14, wobei eine optionale Umlenkwanne 23 als zusätzliches Mittel zur Umlenkung 19 die Rückleitung eines erhöhten Anteils des sterilisierten Luftstroms verbessert. Wie dargestellt ist der Rand dieser Umlenkwanne 23 zur Vermeidung von Staudrücken (z.B. durch abgedeckte Durchtrittsöffnungen) beabstandet zur Tischplattenunterseite angeordnet, was einen Austritt des sterilisierten Luftstroms um den Tischplattenrand (vorzugsweise zwischen Tischplatte und den am Tisch sitzenden Personen) zurück zum Ansaugvolumen 14 ermöglicht.
Grundsätzlich ist die Abluftöffnung auch an ein Abluftkanalsystem anschließbar, wobei der Ventilator Teil des Abluftkanalsystems ist.
Allgemein ist der mindestens eine Ventilator 7 im Durchströmungskanal 13 vorzugsweise zwischen den Mitteln zur Sterilisierung 10 und Abluftöffnung 6 und/oder an der Abluftöffnung 6 angeordnet. An dieser Stelle in der Vorrichtung ist das Geräusch des Ventilators am besten abschirmbar.
In vorteilhafter Weise wird der Ventilator ausschließlich von dem sterilisierten Luftstrom angeströmt. Damit wird aber auch ein allgemeines Ziel der Neuerung verfolgt, dass der angesaugte nicht sterilisierte Luftstrom direkt den Mitteln für die Sterilisierung zugeführt wird, ohne in Kontakt mit anderen Elementen, wie z.B. Filterelementen oder eben Strömungsleitelementen des Ventilators. Damit reduziert sich auch die erforderlichen Desinfektionsintervalle der Vorrichtung.
Der Ventilator ist grundsätzlich auch als Mantelstromventilator gestaltbar, der vorzugsweise zentral im Durchströmungskanal eingesetzt ist und nicht den gesamten Strömungsquerschnitt einnimmt. Er wird folglich von dem Luftstrom nicht nur durchdrungen wird, sondern auch umströmt und erzeugt er einen zentralen Luftstrom, der dann die umgebenden Luftstrombereiche durch den Durchströmungskanal, vorzugsweise aus der Abluftöffnung mitnimmt. Das Strömungsprofil ist folglich im Durchströmungsquerschnitt im Bereich des Mantelstromventilators maximal und nimmt dann zu den Wandungen des Durchströmungskanals und damit der Abluftöffnung ab, womit nicht nur ein leiserer Betrieb, sondern auch grundsätzlich geringere Turbulenzen bei Austritt der sterilisierten aerosolhaltigen Luft realisierbar sind. Dies dient insbesondere dem Komfort der sich in der Nähe der Vorrichtung aufhaltenden Personen.
Eine bevorzugte weitere Ausführungsform repräsentiert 5. Sie sieht vor, dass die mindestens eine Abluftöffnung 6 direkt in das mindestens eine Ansaugvolumen 14 ausmündet. Damit wird der die Abluftöffnung verlassende sterilisierten Luftstrom aus den Durchströmungskanal direkt in das mindestens eine Ansaugvolumen zurückgeleitet und verdünnt somit in vorteilhafter Weise die Keimkonzentration in die aerosolhaltige Luft im Ansaugvolumen.
Das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel hierzu umfasst beispielsweise eine Vorrichtung, die auf einer Tischplatte 2, d.h. zwischen, vorzugsweise mittig zu den am Tisch sitzenden Personen platzierbar ist. Hier wird beispielsweise eine radial nach außen zu den Personen orientierte Ansaugöffnung 4 oder Ansaugöffnungsreihe und eine darüber angeordnete ebenfalls nach außen orientierte Abluftöffnung 6 oder Abluftöffnungsreihe vorgesehen, die Luft dann radial nach innen in mindestens einen vertikalen Durchströmungskanalabschnitt 15 geleitet, in dem die Mittel zur Sterilisierung 10 und vorzugsweise auch der Ventilator 7 angeordnet sind. Die Ansaugöffnung 4 befindet sich vorzugsweise unterhalb der Atmungsöffnungen der Personen (Mund und Nase) und sind auf diese ausgerichtet. Vorzugsweise sind die Ansaugöffnung und Abluftöffnung nicht nur nahe beieinander, sondern auch parallel zueinander auf das Absaugvolumen gerichtet. Im Beispiel sind diese durch eine Trennplatte 16 voneinander horizontal voneinander getrennt, wobei eine untere gefäßförmige Gehäusehälfte 17 die Ansaugöffnung 4 nach unten und eine obere gefäßförmige Gehäusehälfte 18 die Abluftöffnung 6 nach oben hin begrenzen.
Grundsätzlich entspricht die in 5 dargestellte Ausführungsform auch einer vorgenannten Ausführungsform, wie sie z.B. 2a und b dargestellt sind, ergänzt um die obere und untere Gehäusehälfte 17 bzw. 18 und die Trennplatte 16 als Mittel zur Umlenkung des Luftstroms in und aus der Vorrichtung.
Eine bevorzugte weitere Ausführungsform repräsentieren 6a und b. Sie umfassen mindestens ein Mittel zur Umlenkung 19 des sterilisierten Luftstroms aus einer Abluftöffnung 6 als Rückluftstrom in Richtung der mindestens einen Ansaugöffnung 4 oder des mindestens einen Ansaugvolumens 14 an der mindestens einen Ansaugöffnung. Dies bedeutet, dass der die Abluftöffnung verlassende sterilisierte Luftstrom zwar nicht direkt in das Ansaugvolumen eingeleitet, sondern durch die Mittel zur Umlenkung 19 nur in die Richtung dahin umgelenkt wird.
Die Mittel zur Umlenkung umfassen mindestens ein Umlenkblech 20 oder mindestens einen nicht weiter dargestellten Umlenkkanal (z.B. Umlenkschläuche, vorzugsweise in der Richtung einstellbar) vorzugsweise der Abluftöffnung 6 in Strömungsrichtung weiter bevorzugt unmittelbar nachgelagert. Dies bedeutet, dass der sterilisierte Luftstrom die Abreinigung mit der Abluftöffnung verlässt und für ihn damit vor Erreichen des Ansaugvolumens 14 trotz der Mittel zur Umlenkung die Möglichkeit einer Vermischung mit der vorherrschenden Umgebungsluft gegeben ist.
Eine spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass die Mittel zur Umlenkung 19 direkt in das mindestens eine Ansaugvolumen 14, weiter bevorzugt in das Ansaugvolumen, aus dem der umgelenkte sterilisierte Luftstrom ursprünglich herkommt, ausmünden oder gerichtet sind. Der Luftstrom wird hier abseits der Aerosolquelle direkt zum mindestens einen Ansaugvolumen gelenkt. Bei einem Tisch mit einer mittig über diesem angeordneten Vorrichtung (vgl. auch 1a und b) bedeutet dies, dass der umgelenkte sterilisierte Luftstrom nach unten in Richtung Tischfläche ausgerichtet ist, und zwar vor den Köpfen der am Tisch sitzenden Personen (vgl. 6a).
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Aerosolquellen zwischen den Mitteln zur Umlenkung 19 und der mindestens einen Ansaugöffnung 4 positioniert sind. Bei einem Tisch mit einer mittig über dieser angeordneten Vorrichtung bedeutet dies, dass der umgelenkte sterilisierte Luftstrom nach unten, aber hinter die Köpfe der am Tisch sitzenden Personen 3 gelenkt wird (vgl. 6b). Aufgrund der Absaugung aus dem Ansaugvolumen vor den Köpfen der am Tisch sitzenden Personen erfolgt ein Nachrücken auch des sterilisierten Luftstroms an den Köpfen vorbei in das Ansaugvolumen 14.
Nachfolgend werden Ausgestaltungen der Mittel zur Sterilisierung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon im Luftstrom näher erläutert.
Erste Ausgestaltungen der Mittel zur Sterilisierung umfassen zusätzlich Mittel zur Abtrennung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon im Luftstrom. Diese Mittel zur Abtrennung dienen vorzugsweise der selektiven und temporären Fixierung von Aerosolbestandteilen für eine nachfolgende Sterilisierung. Sie sind nicht für eine Abtrennung von Staubpartikeln oder anderen festen Bestandteilen vorgesehen.
Eine Ausgestaltung dieser Mittel zur Sterilisierung, repräsentiert durch 7a und b, umfasst als Mittel zur Abtrennung mindestens eine Abscheidefläche 24 für das Aerosol. Das Aerosol ist vorzugsweise für eine Sterilisation auf den Abscheideflächen fixierbar. Vorzugsweise wird ergänzend die Bereitstellung eines elektrostatischen Feldes 25 zwischen zwei Elektroden 26 vorgeschlagen. Das elektrostatische Feld erstreckt sich zumindest über einen Teil der mindestens einen Abscheidefläche. Weiter bevorzugt erstreckt sich dieses Feld an mindestens einer Stelle im Durchströmungskanal 13 über den gesamten Durchströmungsquerschnitt. Ein an den Abscheideflächen vorbeigeleitetes Aerosol (Durchströmung mit Pfeilen gekennzeichnet) tritt damit automatisch durch das elektrostatische Feld, wobei Aerosolbestandteile 27, insbesondere bereits ionisierte Bestandteile, vorzugsweise zu den Abscheideflächen 24 hin abgelenkt werden. Optional erfolgt eine (nicht weiter dargestellte) vorgelagerte Ionisierungsstufe für die Aerosolbestandteile vor Eintritt in das elektrostatische Feld. Ferner wird vorgeschlagen, dass eine der Elektroden wie in 7a und b dargestellt durch zumindest einen Teil der mindestens einen Abscheidefläche gebildet wird, angeordnet zwischen der mindestens einen Ansaugöffnung und dem elektrostatischen Feld in der Weise, dass sie die den Luftstrom im gesamten Durchströmungsquerschnitt erfasst.
7a zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung ohne Einbauten, d.h. Strömungshindernisse im Strömungskanal. Die Elektroden stehen sich flächig gegenüber; die Abscheidefläche 24 ist beispielsweise von der anderen Elektrode anstrahlbar, beispielsweise durch eine an der Innenwandung des Gehäuses 5 angeordnete UV Strahlungsquelle.
Dagegen repräsentiert 7b eine Ausgestaltung, bei der Abscheidefläche 24 durch die umlaufende Innenwandung des Gehäuses 5 gebildet wird und mit einer zentralen Elektrode 26 ein umlaufendes elektrostatisches Feld 25 aufspannt.
Die dargestellten Konstellationen eignen sich insbesondere für eine Sterilisierung mittels elektrostatischem Plasmafeld über den Abscheideflächen oder den Abscheidebereichen, alternativ auch für eine thermische Sterilisation mittels Erhitzung der Abscheideflächen z.B. mittels Mikrowelle.
Ergänzend oder alternativ hierzu wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil der mindestens einen vorgenannten Abscheidefläche Kühlmittel (vorzugsweise fluidisch über Kühlmittelkreisläufe oder elektrisch über Peltierelemente) für eine Oberflächentemperatur aufweist. Durch diese wird die Oberflächentemperatur der Abscheideflächen heruntergekühlt, vorzugsweise unter 10°C, weiter bevorzugt unter 0°C. Mit einer Abkühlung wird je nach eingestellter Temperatur Kondensation oder Reifbildung und damit eine Anbindung von Aerosolbestandteilen beim Auftreffen auf einer Abscheidefläche beschleunigt und eine Wiederablösung von jener durch Verdampfung oder Sublimation in vorteilhafter Weise verzögert.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, die auf der mindestens einen Abscheidefläche 24 fixierten Aerosolbestandteile dort auch zu sterilisieren, wobei diese nach, vorzugsweise aber während der Sterilisierung verdampfen oder sublimieren und so die Abscheidefläche sterilisiert verlassen.
Eine weitere Ausgestaltung der Mittel zur Abtrennung repräsentiert 8a und b. Sie umfassen mindestens einen Massenkraftabscheider und/oder eine den Durchströmungsquerschnitt überspannende Filterfläche.
8a zeigt beispielhaft Mittel zur Abtrennung in Form eines Massenkraftabscheiders 29 vorzugsweise mit mindestens einer Strömungsumlenkung 28 und nach jeder Strömungsumlenkung nachfolgenden Abscheidebereiche 30, d.h. mindestens eine eigene Abscheidefläche für das mindestens eine Aerosol. Massenkraftabscheider nutzen vorzugsweise die Trägheitsmassenunterschiede von Luft und Aerosolbestandteilen bei einer Strömungsumlenkung und/oder Strömungsgeschwindigkeitsänderung für eine stoffliche Trennung. In Folge dessen kommt es zu lokalen Anreicherungen der Aerosolbestandteile in der Luft, beispielsweise an den vorgenannten Abscheidebereichen. Die Abscheideflächen der Abscheidebereiche sind vorzugsweise im Rahmen einer Sterilisierung beheizbar, d.h. die Sterilisierung (und unmittelbar folgende Verdampfung) erfolgt vorzugsweise mit Auftreffen von Aerosolbestandteile auf die Abscheideflächen.
In einer in 8b beispielhaft dargestellten Ausgestaltung werden alternativ oder ergänzend eine den Durchströmungsquerschnitt des Durchströmungskanals 13 überspannende Filterfläche 31 vorgeschlagen, die als Abscheideflächen oder Abscheidebereiche für eine temporäre Fixierung von Aerosolbestandteilen für die nachfolgende Sterilisierung heranziehbar ist. Die dargestellte bevorzugt schräge Anordnung der Filterfläche bewirkt in vorteilhafter Weise eine Vergrößerung der als Abscheidefläche zur Verfügung stehenden Filterfläche und ermöglicht eine bevorzugte Anordnung mindestens einer UV Strahlungsquelle 32 für die Sterilisierung der an der Filterfläche abgeschiedenen Aerosolbestandteile an der Innenwandung des rohrförmigen Gehäuses 5.
Zur Abschirmung der Umgebung gegenüber aus dem Durchströmungskanal 13 austretender UV-Strahlung sind beidseitig der UV Strahlungsquellen 32 zusätzliche lichtdichte, aber durchströmbare offenporige Schaumelemente 33, vorzugsweise als Metallschaumelemente ausgestaltet, angeordnet.
Die vorgenannten durchströmbaren offenporigen Schaumelemente sind in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung heizbar, vorzugsweise als Metallschaumelemente mittels Widerstandsheizung oder mit einer Mikrowellenquelle, gestaltet. Sie dienen damit als alternative oder zusätzliche Sterilisationsstufe, wobei die Porenflächen ebenso als temporäre Abscheidestufen für Aerosolbestandteile heranziehbar sind.
Die Abscheidebereiche oder zusätzlichen Abscheideflächen werden bevorzugt in den Bereichen der lokalen Anreicherungen der Aerosolbestandteile positioniert. Die Massenkraftabscheider und/oder die Filterflächen dienen als Abscheideflächen, im Gegensatz zu Stand der Technik nicht der dauerhaften Fixierung und Entnahme, sondern der temporären Fixierung von Aerosolbestandteilen für die nachfolgende Sterilisierung.
Ferner wird hierbei vorzugsweise vorgeschlagen, dass der mindestens eine Massenkraftabscheider und/oder die Filterfläche mindestens eine eigene Abscheidefläche für das mindestens eine Aerosol bilden oder aufweist.
Die vorgenannten Mittel zur Abtrennung, insbesondere die bevorzugten Abscheideflächen oder Abscheidebereiche sind Teil der Mittel zur Sterilisierung. Damit wird die Idee verfolgt, das Aerosol zunächst zu separieren und/oder zu fixieren, um dann anschließend mit Hilfe der nachfolgenden Mittel zu sterilisieren. Die mit diesen kombinierbaren Mittel zur Sterilisierung sind vorzugsweise:

a) ein elektrostatisches Plasmafeld über den Abscheideflächen oder den Abscheidebereichen (vgl. insbes. 7a und b), und/oder
b) ein Aufheizmittel zur Erhitzung des durchströmenden Mediums, d.h. der Luft und des Aerosols, vorzugsweise im Abscheidebereich, vorzugsweise auch Erhitzung der mindestens einen Abscheidefläche auf eine Temperatur von über 40 °C, vorzugsweise größer 70°C, und/oder
c) mindestens eine UV Strahlungsquelle (vorzugsweise UVC Strahlungsquelle), vorzugsweise UV- oder UVC-LEDs oder eine Gasentladungslampe (vorzugsweise eine Quecksilber-Gasentladungslampe) umfassend, mit einer Wellenlänge zwischen 180 und 410 nm, vorzugsweise zwischen 220 und 280 nm, vorzugsweise auf die Abscheideflächen oder Abscheidebereiche gerichtet (vgl. insbes. 8a und b), und/oder
d) eine Mikrowellenquelle zur Erhitzung der mindestens einen Abscheidefläche oder des Abscheidebereiches.

Die genannten Mittel sind im Betriebszustand vorzugsweise mit konstanter Last oder Einstellung aktiviert, alternativ pulsweise, zyklisch oder in Intervallen.
Die unter b) und d) genannten Mittel zur Sterilisierung zeichnen sich gegenüber den a) und c) genannten Mitteln durch eine erhöhte Temperaturemission aus, weswegen sie insbesondere für Wärmeunempfindliche Umgebungen vorgeschlagen werden. Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, diese Mittel mit anderen Mitteln, vorzugsweise die unter c) genannte UV-Sterilisierung zu kombinieren. Hier dienen die unter b) und d) genannten Mittel auf ein niedrigeres Temperaturniveau z.B. zwischen 30 und 50°C einjustiert, lediglich der Vorschädigung durch einsetzende Trocknung der keimbelasteten Aerosole und damit zur Effizienzsteigerung einer nachfolgenden UV-Sterilisierung.
Ferner werden auch Mittel zur Sterilisierung ohne die vorgenannten Mittel zur Abtrennung des mindestens einen Aerosols oder Anteile davon im Luftstrom vorgeschlagen. Die Wirkbereiche dieser Mittel überspannt dabei vorzugsweise an mindestens einer Stelle den Durchströmungsquerschnitt oder im Falle einer Auffächerung dieses die Durchströmungsquerschnitte vollständig. Diese Mittel zur Sterilisierung, die alleinig oder in Kombination miteinander vorgeschlagen werden, sind folgende:

a) Mindestens ein Heizmittel mit Wirkbereich im Durchströmungskanal:
- Ziel hierbei ist die möglichst vollständige konvektive Aufheizung des vollständigen Luftstroms über den gesamten Durchströmungsquerschnitt im unmittelbaren Kontakt mit Heizelementen oder zusätzlichen Wärmeübertragungselementen. Gegenüber allgemein bekannten Heißluftgebläsen (Heizlüfter, Föns etc.) zeichnet sich dieses Heizmittel durch eine maximale Temperatur der Heizelemente oder zusätzlichen Wärmeübertragungselemente unterhalb 100°C, vorzugsweise unter 70 oder 50°C aus. Um eine vollständige Erwärmung zu gewährleisten, sind im Durchströmungskanal zur Realisierung kürzerer Wärmeübertragungswege in den Luftstrom zumindest eine Auffächerung des Luftstroms in Teilkanäle vorteilhaft. Dies erfordert zumindest anströmbare oder umströmbare Elemente 34 im Durchströmungskanal, von denen einige beispielhaft in den Draufsichten über den Durchströmungsquerschnitt in 9a bis d schematisch dargestellt sind. 9a repräsentiert ein Schaumelement 33, vorzugsweise ein Metallschaumelement (vgl. 8b), während beispielhafte 9b bis d Profileinsätze zeigen, die sich vorzugsweise in axialer Richtung des rohrförmigen Gehäuses 5 nicht oder nur mit einer Schraubenförmigen Verdrehung ändern. Das mindestens eine Heizmittel umfasst dabei vorzugsweise mindestens ein Widerstandheizelement mit oder ohne Wärmeübertragungselemente, das als mindestens ein anströmbares oder umströmbares Element 34 der vorgenannten Art im Durchströmungskanal weiter bevorzugt von der Luftströmung an- oder umströmbar angeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt eine Wärmeübertragung über Wärmeableitungsrippen oder einen offenporigen Metallschaum (Schaumelement 33, 9a) oder ein Sieb oder Siebgewebe im Durchströmungskanal (beispielhaft die in 9b bis d gezeigten Profileinsätze), als Komponenten dieser Heizmittel, wobei diese entweder durch direkten Stromdurchgang oder über angesetzte Heizelemente aufheizbar gestaltet sind. Die vorgenannten Wärmeableitungsrippen erstrecken sich vorzugsweise in Richtung der Luftströmung und/oder sind vorzugsweise als Strömungsleitungselemente ausgebildet. Eine optionale Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, die Strömungsleitelemente mit Strömungsabrisselementen oder -kanten zur Erzeugung lokaler Turbulenzen, die in ihrer Ausdehnung vorzugsweise nicht auf den gesamten Strömungsquerschnitt erstrecken, in einer ansonsten bevorzugt laminaren Grundströmung auszugestalten. Strömungsabrisselemente sind bei einem offenporigen Metallschaum oder einem Siebgewebe allein durch deren komplexe Struktur gegeben. Turbulenzen dienen insbesondere dem Abbau der thermisch isolierenden Strömungsgrenzflächen auf einer angeströmten Oberfläche und erhöhen damit die erzielbare Wärmeübertragung. Dagegen erhöhen großvolumige Turbulenzen, die sich auf den gesamten Strömungsquerschnitt oder einen gesamten Teilquerschnitt erstrecken und/oder die ansonsten vorherrschende laminare Strömung dominieren, grundsätzlich auch die Gefahr von Refluxeffekten und damit ungewollte Vermischungen von sterilisierten und nicht sterilisierten Aerosolbestandteilen und/oder auch eine ungleichmäßige Wärmeübertragung auf die Aerosolbestandteile.
b) UV-Lichtquellen mit Wirkbereich im Durchströmungskanal:
- Ziel ist die Erfassung der gesamten durch den Durchströmungskanal durchgeleiteten Luftstrom durch die UV-Lichtquelle, vorzugsweise eine UVC-Lichtquelle, wobei die aerosolhaltige Luft direkt angestrahlt wird. Vorzugsweise werden hierzu mindestens eine UV-Lichtquelle im Durchströmungskanal angeordnet. Der Wirkbereich dieser UV-Lichtquellen befindet sich im Durchströmungskanal und erfasst vorzugsweise insgesamt, weiter bevorzugt für jede dieser UV-Quelle einen vollständigen und vorzugsweise auch einen eigenen Durchströmungsquerschnitt, was eine in Durchströmungsrichtung serielle Anordnung der Quellen als besonders bevorzugte Ausführungsform hervorhebt. Vorzugsweise sind für eine Vermeidung einer unzulässig hohen Exposition an UV-Strahlung in der unmittelbaren Umgebung die UV-Lichtquellen und/oder die Wirkbereiche dieser optisch von der Ansaugöffnung und vorzugsweise von der Abluftöffnung abgeschirmt.
c) mindestens ein Mittel für eine Plasmaentladung mit Wirkbereich im Durchströmungskanal:
- Ziel ist die Erfassung der gesamten durch den Durchströmungskanal durchgeleiteten Luftstrom durch die Plasmaentladung, wobei die aerosolhaltige Luft wie bei der UV-Strahlung direkt angestrahlt wird. Vorzugsweise werden hierzu mindestens eine Plasmaentladung zwischen mindestens zwei Elektroden, die optional auch als elektrisch isolierte oder vorzugsweise elektrisch leitfähige Strömungsleitflächen gestaltbar sind, im Durchströmungskanal angeordnet. Optional werden auch mehrere Plasmaentladungen im Durchströmungskanal vorzugsweise seriell, bei einer Auffächerung in Teilkanäle auch parallel vorgeschlagen. Deren Wirkbereiche befinden
sich im Durchströmungskanal und erfassen vorzugsweise insgesamt, weiter bevorzugt für jede dieser Plasmaentladung einen vollständigen und vorzugsweise auch eigenen Durchströmungsquerschnitt, was eine in Durchströmungsrichtung serielle Anordnung der Plasmaentladungsquellen als besonders bevorzugte Ausführungsform hervorhebt.
d) mindestens eine Mikrowellenquelle mit Wirkbereich im Durchströmungskanal:
- Ziel ist die Erfassung der gesamten durch den Durchströmungskanal durchgeleiteten Luftstrom durch die Mikrowellenquelle, wobei die aerosolhaltige Luft angestrahlt wird und durch die Mikrowellen erwärmt wird. Die Mikrowellen erwärmend dabei entweder das Aerosol in der Luft direkt oder indirekt über angestrahlte Wärmeleitelemente, die in ihrer Ausgestaltung, insbesondere ihrer Materialauswahl, hinsichtlich ihrer Ankopplungseigenschaften an die eingestrahlte Mikrowellenlänge angepasst sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeigt 10a und b mit einer Ausgestaltung der Mittel zur Sterilisierung mittels UVC LED und Abwärmeleitblechen. Sie sieht eine Vorrichtung vor, die als Mittel zur Sterilisierung mindestens eine UV-Lichtquelle (UV Strahlungsquelle, umfassend generell auch UVC-Lichtquelle oder UVC Strahlungsquelle), im Beispiel eine UVC-LED 37, zusätzlich Heizmittel vorsehen.
Vorzugsweise weisen die mindestens eine UV-Lichtquelle und die Heizmittel seriell angeordnete Wirkbereiche auf. Weiter bevorzugt werden im Durchströmungskanal mehrere UV-Lichtquellen und anschließend mindestens ein Heizmittel seriell angeordnet, wobei jeder dieser Wirkbereiche weiter bevorzugt den gesamten Durchströmungsquerschnitt überspannen.
10a zeigt schematisch eine seitliche Schnittansicht mit einem U-förmig um einen Schaltungsträger 36 U-förmig herumgeführten Durchströmungskanal 13. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Ausgestaltung eine apparative Zusammenfassung der mindestens einen UV-Lichtquelle (UVC-LED 37) und den Heizmitteln, wobei die Heizmittel Mittel zur Wärmeableitung (Kühlrippen 38) von Abwärme der mindestens einen UV-Lichtquelle umfassen. UVC-LED und Kühlrippen sind auf je einer Seite des Schaltungsträgers 36 angeordnet, wobei die Kühlrippen in Strömungsrichtung parallel zur Durchströmung angeordnet sind und sich im Durchströmungskanal vorzugsweise bis unmittelbar vor die Anordnung der UVC-LED, d.h. auch in dem Bereich der Strömungsumlenkung 28 erstrecken. Vorzugsweise erfassen sie auch thermisch die Außenwandungen in den Strömungsumlenkungen, an oder über die sich bevorzugt Aerosolbestandteile anreichern. Ein offenporiges Schaumelement 33 verhindert einen Lichtaustritt aus der Abluftöffnung; der Ventilator 7 sorgt für die Durchströmung.
Es wird optional vorgeschlagen, zusätzlich mindestens ein Peltierelement als elektrothermischen Wandler auf dem Schaltungsträger 36 zwischen Schaumelement 33 und Kühlrippen 38 in der Weise anzuordnen, dass der wärmeaufnehmende Pol des Peltierelements mit dem Schaumelement gekoppelt und der wärmeabgebende Pol des Peltierelements mit den Kühlrippen gekoppelt ist. Damit wird dem Luftstrom aus dem Schaumelement und damit dem die Abluftöffnung verlassenden sterilisierten Luftstrom Wärme entzogen, die dann als zusätzliche Aufheizung des über die Ansaugöffnung eingezogenen nicht sterilisierten Luftstroms über die Kühlrippen zusätzlich hinzugefügt wird.
10b zeigt eine konkrete Ausführungsform eines Moduls mit Schaltungsträger 36 ohne Gehäuse, Ventilator und Schaumelement, aber sechs mit auf in Reihe angeordnete UVC-LED 37 sowie drei unter dem Schaltungsträger parallel zueinander angeordneten Kühlrippen 38 sowie elektronischen Ansteuerungskomponenten 39.
Die Abwärme der UV-Lichtquellen wird somit in besonders vorteilhafter Weise für eine weitere Sterilisation des Luftstroms nutzbar. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht im Rahmen dessen vor, die mindestens eine UV Lichtquelle und die Wärmeableitungsstruktur auf mindestens einem Schaltungsträger wie z.B. einer Platine im oder am Durchströmungsquerschnitt anzuordnen, wobei weiter bevorzugt die mindestens eine UV Lichtquelle auf einer Seite und die Wärmeableitungsstruktur auf der anderen Seite des mindestens einen Schaltungsträger angeordnet sind und der Durchströmungskanal an beiden Seiten des Schaltungsträger angrenzt.
Die Ausgestaltung des in 10b dargestellten Schaltungsträgers eignet sich vorzugsweise als Modul für eine Parallelanordnung mit weiteren Schaltungsträgern. Es wird zudem vorgeschlagen, den Durchströmungsquerschnitt entsprechend rechteckig und nicht rund auszugestalten.
Damit eignet sich diese Ausführungsform besonders gut für eine Integration in eine Vorrichtung, die als mobiles Tischgerät einsetzbar ist. Die Ansaugöffnung 4 befindet sich vorzugsweise unterhalb der Atmungsöffnungen der Personen (Mund und Nase). Vorzugsweise sind auch hier die Ansaugöffnung und Abluftöffnung 6 nicht nur nahe beieinander, sondern auch parallel zueinander auf das Absaugvolumen 14 gerichtet. Das Gehäuse 5 weist im Ausführungsbeispiel zudem parallel Ober- und Unterseiten auf, womit die Vorrichtung in besonders vorteilhafter Weise als Auflage für Gegenstände wie z.B. auch im Rahmen einer Warmhalteplatte für Speisen nutzbar ist.
Alternativ bietet sich eine Integration dieser Ausführungsform oder auch nur der vorgenannten Anordnung der Peltierelemente in eine Strömungsumlenkungsanordnung gemäß 8a an, wobei vorzugsweise für jede Strömungsumlenkung ein eigenes Modul entsprechend 10b vorsehbar ist (serielle Anordnung).
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Tisch- oder Arbeitsplatte
3: Personen
4: Ansaugöffnung
5: vertikal ausgerichtetes rohrförmiges Gehäuse
6: Abluftöffnung
7: Ventilator
8: Abdeckplatte
9: Ansaugöffnung mit trompetenförmig erweiternden Durchströmungsquerschnitt
10: Mittel zur Sterilisierung
11: Offenes Gefäß
12: Ringspaltvolumen
13: Durchströmungskanal
14: Ansaugvolumen
15: vertikalen Durchströmungskanalabschnitt
16: Trennplatte
17: Untere Gehäusehälfte
18: Obere Gehäusehälfte
19: Mittel zur Umlenkung
20: Umlenkblech
21: Ansaugspalt
22: Durchtrittsöffnung
23: Umlenkwanne
24: Abscheidefläche
25: Elektrostatisches Feld
26: Elektroden
27: Aerosolbestandteile
28: Strömungsumlenkung
29: Massenkraftabscheider
30: Abscheidebereiche
31: Filterfläche
32: UV Strahlungsquelle
33: Schaumelement
34: anströmbare oder umströmbare Elemente
35: Wärmeableitungsrippe
36: Schaltungsträger
37: UVC LED
38: Kühlrippe
39: Ansteuerungskomponenten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2455678 A2 [0011]
DD 157626 [0011]
DE 102015013630 A1 [0012]
DE 202016004286 U1 [0013]

Claims

Vorrichtung (1) für die lokale Sterilisierung von aerosolhaltiger Luft, umfassend a) mindestens einen Durchströmungskanal (13) mit einem oder mehreren Durchströmungsquerschnitten, b) mindestens einen Ventilator (7) zur Erzeugung eines Luftstromes im Durchströmungskanal, c) Mittel zur Sterilisierung (10) von mindestens einem Aerosol im Luftstrom, d) mindestens einer Ansaugöffnung (4) für die aerosolhaltige Luft in den Durchströmungskanal sowie e) mindestens einer Abluftöffnung (6) für einen sterilisierten Luftstrom aus den Durchströmungskanal, wobei f) die mindestens eine Ansaugöffnung in mindestens ein Ansaugvolumen (14) einmündet, wobei jedes des mindestens einen Ansaugvolumens jeweils an eine Aerosolquelle angrenzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abluftöffnung (6) direkt in das mindestens eine Ansaugvolumen (14) ausmündet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend mindestens Mittel zur Umlenkung (19) des Luftstroms als Rückluftstrom in Richtung der mindestens einen Ansaugöffnung (4) oder des mindestens einen Ansaugvolumens (14) an der mindestens einen Ansaugöffnung (4).
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Umlenkung (19) mindestens ein Umlenkblech (20) oder einen Umlenkkanal umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Umlenkung (19) direkt in das mindestens eine Ansaugvolumen (14) ausmünden oder gerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolquellen zwischen den Mitteln zur Umlenkung (19) und der mindestens einen Ansaugöffnung (4) positioniert sind.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) oberhalb einer Tisch- oder Arbeitsplatte (2) oder eines begehbaren Raumes angeordnet ist und die Ansaugöffnung (4) nach unten weist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, umfassend ein nach oben hin offenes Gefäß (11), in das ein Teil der Vorrichtung (1) einschließlich der Ansaugöffnung (4) unter Bildung eines Ringspaltvolumens (12) eingesetzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) unterhalb einer Boden-, Tisch- oder Arbeitsplatte (2) angeordnet ist und die die Ansaugöffnung (4) durch die Boden-, Tisch- oder Arbeitsfläche hindurch nach oben weist,
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass über der Ansaugöffnung (4) beabstandet unter Bildung eines umlaufenden Ansaugspalts (21) ein Abdeckelement, bevorzugt eine Abdeckplatte (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Durchtrittsöffnungen (22) durch die Boden-, Tisch- oder Arbeitsplatte (2) angeordnet unter dem Ansaugvolumen (14) sowie vorzugsweise eine Umlenkwanne (23) unter Boden-, Tisch- oder Arbeitsplatte, der Abluftöffnung (6) und den Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftöffnung (6) an ein Abluftkanalsystem angeschlossen ist, wobei der Ventilator (7) Teil des Abluftkanalsystems ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ventilator (7) im Durchströmungskanal (13) vorzugsweise zwischen den Mitteln zur Sterilisierung (10) und Abluftöffnung (6) und/oder vor den Mitteln der Sterilisation und der Abluftöffnung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Sterilisierung (10) Mittel zur Abtrennung des mindestens einen Aerosols im Luftstrom umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Abtrennung mindestens eine Abscheidefläche (24) für das Aerosol umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich über zumindest einem Teil der mindestens einen Abscheidefläche (24) ein elektrostatisches Feld (25) zwischen zwei Elektroden (26) erstreckt, wobei sich das elektrostatisches Feld an mindestens einer Stelle im Durchströmungskanal (13) über den gesamten Durchströmungsquerschnitt erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (26) durch zumindest einen Teil der mindestens einen Abscheidefläche (24) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen Ansaugöffnung (4) und dem elektrostatischen Feld (25) mindestens eine Ionisierungsstufe angeordnet ist, die den Luftstrom im gesamten Durchströmungsquerschnitt erfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der mindestens einen Abscheidefläche (24) Kühlmittel für eine Oberflächentemperatur kleiner 10°C aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Abtrennung mindestens einen Massenkraftabscheider und/oder eine den Durchströmungsquerschnitt überspannende Filterfläche (31) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Massenkraftabscheider und/oder die Filterfläche (31) mindestens eine eigene Abscheidefläche für das mindestens eine Aerosol bildet oder aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Sterilisierung (10) a) ein elektrostatisches Plasmafeld über den Abscheideflächen und/oder b) ein Aufheizmittel zur Erhitzung des durchströmenden Mediums auf eine Temperatur von über 40 °C, vorzugsweise größer 70°C und/oder c) mindestens eine UV Strahlungsquelle (32), vorzugsweise UV-LEDs oder eine Gasentladungslampe, vorzugsweise eine Quecksilber-Gasentladungslampe, umfassend, mit einer Wellenlänge zwischen 180 bis 410 nm, vorzugsweise zwischen 220 und 280 nm, und/oder d) eine Mikrowellenquelle zur Erhitzung der mindestens eine Abscheidefläche umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Sterilisierung (10) mindestens ein Heizmittel mit Wirkbereich im Durchströmungskanal (13) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel Wärmeableitungsrippen (35) oder ein offenporiges Schaumelement (33), vorzugsweise aus Metall, oder ein Sieb oder Siebgewebe im Durchströmungskanal umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeableitungsrippen (35) durch Strömungsleitungselemente gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel mindestens ein Widerstandheizelement umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Sterilisierung (10) mindestens eine UV-Lichtquelle (32, 37), vorzugsweise eine UVC-LED (37), mit Wirkbereich im Durchströmungskanal (13) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine UV-Lichtquelle zusätzlich Heizmittel umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine UV-Lichtquelle und die Heizmittel seriell angeordnete Wirkbereiche aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel Mittel zur Wärmeableitung (35, 38) von Abwärme der mindestens einen UV-Lichtquelle (32, 37) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine UV Lichtquelle (32, 37) und die Wärmeableitungsstruktur (38) auf mindestens einem Schaltungsträger (36) im oder am Durchströmungsquerschnitt (13) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine UV Lichtquelle (37) auf einer Seite und die Wärmeableitungsstruktur (35, 38) auf der anderen Seite des mindestens einen Schaltungsträger (36) angeordnet sind und der Durchströmungskanal (13) an beiden Seiten des Schaltungsträger angrenzt.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Sterilisierung (10) mindestens ein Mittel für eine Plasmaentladung mit Wirkbereich im Durchströmungskanal (13) umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Sterilisierung (10) mindestens eine Mikrowellenquelle mit Wirkbereich im Durchströmungskanal (13) umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkbereich an mindestens einer Stelle den Durchströmungsquerschnitt vollständig überspannt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 oder 22 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) den Durchströmungsquerschnitt überspannende Filterfläche im Durchströmungskanal (13) aufweist.