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Zweck der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Desinfizieren
geschlossener Räume durch eine Aerosoleinrichtung; die
Vorrichtung hat die Charakteristik, nach der das Aerosol durch negative
und positive elektrostatische Ladungen alternierend auf der Grundlage
des Werts dispergiert werden, der durch die Intensität
des elektrostatischen Felds erreicht wird, das in dem sich unter
Behandlung befindenden geschlossenen Raum induziert wird; daraus
ergibt sich als Ergebnis eine Verringerung der Dosen des Desinfektionsmittels,
die Beschleunigung der Behandlung der Desinfektion der Luft und
der Oberfläche und ebenso eine Beschleunigung der Ausscheidung
der Partikel in einer Suspension als Folge eines induzierten Wachstums
ihrer Abmessung, wobei somit ein rascherer Ausfall des Produkts
nach der Verbreitung und Verwendung erzielt wird, während folglich
eine größere Produktivität als Ergebnis
der kürzeren Zeiträume erzielt wird, die für
einen sicheren Zugang zu dem geschlossenen Raum nach der Behandlung
erforderlich sind.
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Beschreibung des relevanten
Stands der Technik
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Die
Mikroorganismen, die in der Luft vorhanden sind, tendieren dazu,
als Folge der Brownschen Bewegung in einer Suspension zu verbleiben,
die sich aufgrund der Tatsache ergibt, dass sie einander abstoßen.
Die Abstoßung ergibt sich aus der Tatsache, dass die Mirkoorganismen ähnliche
Strukturen zueinander haben und da, wie gut bekannt ist, die elektrischen
Ladungen in dem bipolaren System der Zellmembran ein positives Vorzeichen
auf der Oberfläche und ein negatives Vorzeichen in Richtung
auf das Protoplasma aufweisen, das in dem Inneren gelegen ist.
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Die
Effizienz der Desinfektion eines geschlossenen Raums durch eine
Aerosoleinrichtung wird durch die Abmessung der Tropfen beeinträchtigt,
da nur diejenigen Tropften, die Abmessungen von weniger als 5 μm
haben, aufgrund des hohen Werts der Oberflächenspannung
der äußeren Filme der Tropfen ein Trockenaerosol
bilden, das in der Suspension in der Luft mit hoher Mobilität
verbleibt und das mit in der Luft verteilten Mikroorganismen interagiert.
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Andererseits
erfordert die Desinfektion eines geschlossenen Raums ebenso die
Behandlung von Oberflächen, die daher durch die Tropfen
erreicht werden müssen, die eine Anfeuchtung bewirken können,
und die daher eine niedrigere Spannung in dem Oberflächenfilm
haben und die kurz gesagt eine größere Abmessung
haben.
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Aufgrund
ihrer Natur erzeugen herkömmliche Systeme zum Erzeugen
von Aerosolen zum Zweck der Desinfektion ein Gemisch aus Tropfen
mit verschiedenartigen Abmessungen, die innerhalb eines Bereichs
liegen, der systemabhängig variiert, aber im Allgemeinen
von 1 bis 20 μm reicht, wodurch es möglich wird,
auf einem Weg oder dem anderen die zwei im Konflikt stehenden Erfordernisse
zu erfüllen.
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Während
jedoch nur Tropfen mit Abmessungen von weniger als 5 μm
in der Suspension verbleiben und somit an den Mikroorganismen wirken
können, tendieren die größeren Tropfen
dazu, innerhalb einer kurzen Distanz rasch niederzufallen.
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Das
führt zu zwei Problemen. Das erste liegt darin, dass mit
diesen herkömmlichen Systemen die Dosen des Desinfektionsmittels
sehr hoch sein müssen. Dosen bis zu mehr als 10 g eines
Desinfektionsmittels pro Kubikmeter eines geschlossenen Raums sind
im Allgemeinen gemäß der chemischen/biologischen
Aktivität des verwendeten Produkts und der Bauart der Vorrichtung
erforderlich.
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Tatsächlich
muss mit diesen herkömmlichen Systemen, damit gleichzeitig
sowohl Kontakt mit den Mikroorganismen als auch den Oberflächen
erzielt werde kann, der Mittelwert der Gaußfunktion der Tropfenabmessung
um 10 μm liegen, um sowohl feine Tropfen, die sich in der
Suspension befinden, als auch große befeuchtende Tropfen
zu haben. Folglich wird für jeden kleinen Tropfen zwischen
1 μm und 5 μm, die in der Suspension bleiben und
die der Interaktion mit den Mikroorganismen in der Suspension dienen,
ebenso eine im Wesentlichen vergleichbare Anzahl von großen
Tropfen zwischen 15 und 20 μm erzeugt; diese fallen rasch
herab und verbleiben größtenteils ungenutzt in
der Umgebung des Generators.
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Um
eine Vorstellung von der Menge des Produkts zu erhalten, das verloren
gehen kann, sollte berücksichtigt werden, dass ein fallender
Tropfen mit einer Abmessung von 20 μm ein Gewicht von dem
Tausendfachen von einem Tropfen mit 2 μm hat, der in der
Suspension verbleibt. Kurz gesagt wird mit diesen herkömmlichen
Systemen eine große Menge des Produkts ebenso in Hinblick
auf die Tatsache verschwendet, dass lange Verteilungsdauern erforderlich
sind, um sicherzustellen, dass die notwendige minimale Menge kleiner
Tropfen erzeugt wird.
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Das
zweite Problem ergibt sich aus der Tatsache, dass mit diesen Systemen
die stündliche Behandlungskapazität im Allgemeinen
gering ist, da lange Wartezeiten für einen sicheren Zugang
zu den Gebieten nach der Behandlung erforderlich sind. Die Behandlungszyklen
haben eine Gesamtdauer zwischen ein und zwei Stunden gemäß dem
Volumen der Gebiete. Tatsächlich ist nach der Verteilung
eine Pause von nicht weniger als einer Stunde vor dem Eintreten
erforderlich, um zu vermeiden, dass Menschen das Desinfektionsmittel
einatmen, das noch aufgrund der Tatsache verteilt ist, dass auch
unter ruhigen Bedingungen und ohne Berücksichtigung der Brownschen
Bewegung die Abscheidungszeit für Partikel mit Abmessungen
von 1–5 μm gemäß dem Stokesschen
Gesetz mehrere Stunden benötigt.
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Durch
beispielhafte Bezugnahme auf die Desinfektion von 50 Hotelräumen
mit herkömmlichen Verfahren unter Verwendung einer einzigen
Vorrichtung wäre ein Arbeitsaufwand von nahezu 100 Stunden
erforderlich. Das ist eine untragbare Zeitdauer in Hinblick auf
die Tatsache, dass die Behandlung einzig während der kurzen
Zeitdauer durchgeführt werden kann, während der
Raum, nachdem dieser verlassen wurde, dem Servicepersonal zur Verfügung steht,
um diesen in Ordnung zu bringen. Wenn zwei Stunden verfügbar
sind, um die Räume in Ordnung zu bringen, werden 50 Sätze
der Vorrichtungen benötigt, nämlich eine Vorrichtung
pro Raum, wohingegen nur vier Sätze der Vorrichtungen ausreichen
würden, wenn die Behandlung eine Gesamtdauer von nur zehn
Minuten hätte.
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Grundsätzlich
ist klar, dass die effektive Kapazität einer Vorrichtung
zum Desinfizieren geschlossener Räume direkt proportional
zum Gehalt von ultrafeinen Tropfen ist, die in dem Aerosol enthalten sind,
das dispergiert wird, und umgekehrt proportional zu der Wartezeit,
die für das Ausfallen des Desinfektionsmittels nach ihrer
Dispersion erforderlich ist.
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Derzeit
werden Aerosole zum Desinfizieren von geschlossenen Räumen
hauptsächlich durch Venturidüsen erzeugt. Systeme
mit Rotationszerstäubern werden in der Praxis zum Desinfizieren
von geschlossenen Räumen nicht verwendet, werden aber verbreitet
in der Landwirtschaft und für Malerarbeiten verwendet.
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Es
gibt ebenso ein System, das die piezoelektrische Wirkung verwendet.
Dieses wird im Allgemeinen ausschließlich für
die Luftbefeuchtung verwendet, da piezoelektrische Wandler für
den Betrieb mit Lösungen aus chemischen Erzeugnissen, insbesondere
aus korrosiven Erzeugnissen, wie beispielsweise Wasserstoffperoxid
und Persäuren ungeeignet sind. Darüber hinaus
gibt es ein Siebsystem, das großen Beschränkungen
unterliegt, obwohl es weitverbreitet ist, wie nachstehend diskutiert
wird.
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In
jedem Fall sind in keiner Patentliteratur, die sich auf verschiedenartige
Zerstäubungs- und Verteilungssysteme bezieht, Anwendungen
zu finden, die der vorliegenden ähnlich sind, bei der die Abmessung
der Partikel in der Suspension nach der Verteilung durch Ionisation
und mit alternierenden Abfolgen von elektrostatischen Feldern von
entgegengesetzten Polaritäten gesteuert wird.
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In
der Zerstäubung durch die Venturiwirkung wird die Flüssigkeit
in kleine Tropfen durch komprimierte Luft geteilt, die gemeinsam
mit der Flüssigkeit durch Düsen geführt
wird, die konvergierende/divergierende Öffnungen aufweisen.
Ein Nebel wird erhalten, in dem die Tropfen stark abweichende Abmessungen
haben, bestenfalls zwischen 1 und 20 μm mit einem Gaußschen
Mittelwert von ungefähr 10 μm.
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Die
Abmessungsverteilung ergibt sich aus der Tatsache, dass die Zerstäubung
durch einen Prozess stattfindet, der mit der Turbulenz der Fluidstromfäden
verknüpft ist, die nämlich im Wesentlichen zufällig
ist. Darüber hinaus vereinigen und verbinden sich in den
Regionen, in welchen die Konzentration der Tropfen, die ausgebildet
werden, hoch ist, einige der Tropfen miteinander, die gerade ausgebildet
wurden, wobei sie weitere größere Tropfen ausbilden, sowohl
aufgrund der hohen Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens als auch
aufgrund der elektrostatischen Ladungen mit entgegengesetzten Vorzeichen,
die die Tropfen und die Materialien aufgrund des Abreißens
der Flüssigkeit und aufgrund der Reibung erhalten. Mit
diesem Verfahren wird daher die Abmessungsverteilung breit und ist
der Prozentanteil von Tropfen mit Abmessungen von ungefähr
1 μm gering.
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Tatsächlich
werden zum Verringern der Tropfenabmessung in manchen Anwendungen
Schall- und Ultraschallresonatoren stromabwärts der Venturidüse
hinzugefügt. Das ist der Fall in den folgenden Patenten:
FR 2 481 782 von Wanson,
FR 2 758 476 von Klein,
EP 0 394 629 von Caldyn
Apparatebau,
DE 33 05 664 von
Kurosaki Refractories,
GB 1 507 929 von Mitsubishi
Precision,
GB 2 096 911 von Simpkins,
US 4 564 375 von Munk,
US 6 513 736 von Corning
Inc.,
EP 1 682 279 von
Gloster Santé Europe.
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Unter
Bezugnahme insbesondere auf die Lehre von
EP 1 682 279 , die im Jahr 2003 eingereicht wurde
und ausdrücklich die Dispersion von Aerosolen, die so fein
wie möglich sind, für die Desinfektion von geschlossenen
Räumen beabsichtigt, wird darauf hingewiesen, dass die
Verteilung der Tropfen, die erhalten wird, in diesem Fall ebenso
sehr breit ist, da angegeben wird, dass sie ”in der Größenordnung
von 2 bis 20 μm im Durchmesser mit einem Gaußschen Mittelwert
zwischen 7 und 15 μm liegt”.
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Das
Zerstäubersystem, das auf dem Rotationszerstäuber
basiert, das nämlich in der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, ist grundsätzlich durch einen Becher oder eine Glocke
gebildet, die mit einer hohen Drehzahl in Drehung gehalten wird,
im Allgemeinen innerhalb des Bereichs zwischen 15.000 und 60.000
Umdrehungen pro Minute. Das Material, das im Allgemeinen in das
Zentrum eingeführt wird, wird durch die Glocke durch die
Zentrifugalkraft herausgeschleudert und Dampf aus Tropfen wird dann
in die gewünschte Richtung durch den Strom komprimierter
Luft oder ein Gebläse abgelenkt. Dieses Verfahren erzeugt
Tropfen mit einer engen Abmessungsverteilung und wird insbesondere bei
Malersystemen, im Besonderen bei elektrostatischen Malersystemen
und im Bereich der Landwirtschaft eingesetzt. Bei diesen Anwendungen
sind insbesondere feine Tropfen nicht erforderlich, wobei die optimale
Tropfenabmessung um 30 μm liegt, aber ist eine enge Abmessungsverteilung
erforderlich, die das System erzielen kann.
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Bei
elektrostatischen Maleranwendungen wird eine elektrische Gleichspannung
in der Größenordnung 40 bis 100 kV zum elektrischen
Aufladen der Tropfen verwendet, so dass sie durch den Teil, der
zu bemalen ist, der vorne angeordnet ist und mit dem anderen Anschluss
des Spannungsgenerators verbunden ist, angezogen werden. Bei allen
diesen Systemen wird die elektrische Ladung auf das Aerosol mit
einer festliegenden konstanten Spannung (entweder positiv oder negativ)
in dem Augenblick versehen, in dem das Produkt in Kontakt mit der
Rotationsglocke gelangt, an die eine Spannung auf verschiedenartige
Weisen angelegt wird. Diese Systeme sind insbesondere in
EP 0 857 515 A3 von
Illinois Tool Work Inc.,
US 4
723 726 von Toyota et al.,
US
4 887 770 von Wacker et al.,
US
5 474 236 ,
US 5 433
387 von Ransburg Corp.,
US
5 947 377 und
US 6 053
437 von Nordson Corp.,
US
6 003 784 von Gunnar Van de Steur beschrieben.
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Ein
weiteres Zerstäubungsverfahren verwendet piezoelektrische
Vorrichtungen, die durch Oszillieren mit einer hohen Frequenz eine
Oszillation der Flüssigkeit bewirken, die in Kontakt angeordnet ist;
wobei die Flüssigkeit in Partikel aufbricht, die dann durch
eine Luftströmung mitgetragen werden. Diese Systeme sind
in
EP 0 860 211 eingereicht
von Degussa,
US 5 145 113 von
United Technologies Inc., und
US
6 855 943 von Northrop Grumman Corporation beschrieben.
Schließlich gibt es ein weiteres System, das den Rayleigh-Abrisseffekt
verwendet und das in
US 6 189
813 und
US 6 378 788 beschrieben
ist, die von Corning Inc. eingereicht wurden.
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Bei
Siebsystemen wird die Flüssigkeit gegen ein Netz mittels
eines mit Klingen versehenen Rotors versprüht, der die
Flüssigkeit aus einem Tank ansaugt, was die Ausbildung
von Tropfen mit in hohem Maße variierenden Abmessungen
beim Aufprall bewirkt. Natürlich werden elektrostatische
Ladungen von gemischten Vorzeichen ebenso bei dem Aufprall aufgrund
der Reibung erzeugt. Nur die feinsten Tropfen werden als Aerosol
durch eine Luftströmung weggetragen. Größere
Tropfen fallen andererseits in den Tank, wie diejenigen, die in
der Zwischenzeit aus den feinen Tropfen aufgrund der statischen
Elektrizität und des Koaleszenz-Phänomens ausgebildet
wurden.
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Diese
Vorrichtung, die im häuslichen Bereich größtenteils
einfach als Luftbefeuchter verwendet wird, erzeugt ein Aerosol mit
minimalen Tropfenabmessungen von ungefähr 15–20 μm,
da, wenn die Geschwindigkeit der Luftströmung verringert
wird, um nur kleinere Tropfen wegzutragen, die Produktion vernachlässigbar
wird. Die relativ große Tropfenabmessung ermöglicht,
dass die Desinfektion allein in der Umgebung der Vorrichtung erzielt
wird, und Regionen, die relativ zu dem Nebelgenerator abgeschattet
sind, werden mit Schwierigkeiten behandelt, woraus sich hohe Dosen
und eine starke Verschwendung des Produkts ergibt.
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Keine
der Anmeldungen oder Verfahren, die vorstehend angegeben sind, oder
anderes, das in irgendeiner Weise darauf basiert, beansprucht eine Steuerung
des Wachstums der Tropfen und der Partikel in einer Suspension nach
der Verteilung oder ihren Ausfall durch alternierende Zyklen des
elektrostatischen Felds mit umgekehrter Polarität oder durch
andere Verfahren.
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Außer
für die Desinfektion von geschlossenen Räumen
würde es bei den meisten Anwendungen keinen Sinn machen,
zuerst feine Tropfen zu erzeugen und dann zu verursachen, dass ihre
Abmessung anwächst, nachdem sie in der Luft verteilt sind. Beim
Malen sollte die Abmessung der Tropfen, die durch das Zerstäubersystem
emittiert werden, nicht geringer als 25 μm sein, um zu
verhindern, dass das Produkt zu früh trocknet, was zu der
Erzeugung von Regionen führen würde, die eine
grobkörnige und raue Oberfläche haben. Beim landwirtschaftlichen Versprühen
ist es ebenso notwendig, zu verhindern, dass das Zerstäubungssystem übermäßig
kleine Tropfen erzeugt, um die Verteilung auf andere Landflächen
und den Verlust des Produkts zu verhindern.
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Beschreibung der Erfindung
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Die
Vorrichtung zum Desinfizieren geschlossener Räume der vorliegenden
Erfindung verwendet einen Rotationszerstäuber als Aerosolgenerator
in Kombination mit weiteren Bauteilen, die zum Erzielen der angegebenen
Ergebnisse wesentlich sind. Die Ergebnisse bestehen im Vergleich
mit dem herkömmlichen System aus einer beträchtlichen
Verringerung der Dosis des Desinfektionsmittels, der Beschleunigung
der Desinfektionsbehandlung sowohl der Luft als auch der Oberflächen
und dem Erzielen eines rascheren Ausfalls des Produkts nach der
Verteilung, woraus sich eine größere Produktivität
und kürzere Zeiträume ergeben, die für
den sicheren Zugang zu dem geschlossenen Raum nach der Behandlung
erforderlich sind.
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Der
Rotationszerstäuber wird durch eine Glocke ausgebildet,
die mit einer hohen Drehzahl gedreht wird. Die Rotation teilt die
Flüssigkeit, die zugeführt wird, in kleine Tropfen,
die den äußeren Rand durch die Zentrifugalkraft
verlassen.
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In
der vorliegenden Erfindung werden geeignete Maßnahmen ergriffen,
um zu verhindern, dass die kleinen Tropfen, wenn sie einmal ausgebildet sind,
sich unkontrolliert kombinieren, um durch Koaleszens oder Anziehung
größere Tropfen auszubilden. Durch Erzeugen eines
elektrostatischen Felds in dem Aerosolausbildungsbereich wird dieselbe Polarität
der elektrischen Ladung auf die individuellen emittierten Tropfen
aufgebracht. Darüber hinaus wird das elektrostatische Feld
mit derselben Polarität in den geschlossenen Raum verteilt,
das sich in Behandlung befindet. Da die Tropfen dieselbe elektrostatische
Polarität von dem Augenblick an aufweisen, wenn sie ausgebildet
werden, tendieren sie dazu, einander abzustoßen, so dass
sie ihren Bewegungspfad fortsetzten, bis sie durch Partikel der
entgegengesetzten Polarität angezogen werden, die schon vorhanden
waren oder vorhergehend in dem geschlossenen Raum verteilt wurden.
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Die
Intensität und Polarität des elektrostatischen
Felds in dem geschlossenen Raum, der sich in Behandlung befindet,
wird vorzugsweise konstant durch ein Instrument innerhalb des Aerosolgenerators
gemessen. Auf der Grundlage der Messung kehrt das programmierbare
Steuersystem der Vorrichtung die Polarität des elektrostatischen
Felds um, wenn es das vorbestimmte Niveau der Sättigung
in dem geschlossenen Raum erreicht hat, der sich in Behandlung befindet.
Weniger vorzugsweise kann die Polarität ebenso zu programmierten
Zeitpunkten und auf der Grundlage von experimentellen Beobachtungen
und Messungen umgekehrt werden.
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Diese
Messungen steuern die Aggregation der Partikel, die ausschließlich
in Richtung auf die Partikel stattfindet, die Ladungen mit einem
entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen, nach der Verteilung in dem
geschlossenen Raum und wenn es durch die Steuerung des Prozesses
entschieden wird. Darüber hinaus werden die Tropfen aus
der Vorrichtung zu dem geschlossenen Raum ohne die Verwendung komprimierter
Luft oder irgendeines Systems geschoben, die zu einer Komprimierung
führt, was eine Konzentration der Tropfen und die Erzeugung
von unkontrollierten elektrostatischen Ladungen verhindert.
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Das
Aerosol, das durch die Vorrichtung verteilt wird, ist trocken mit
ultrafeinen Tropfen mit einer engen Verteilung vorzugsweise innerhalb
des Bereichs zwischen 1 und 5 μm mit einem Gaußschen Mittelwert
von ungefähr 2,5 μm. Die Feinheit der Tropfen
ermöglicht, dass das Desinfektionsmittel zu jedem Teil
des geschlossenen Raums durch die Brownsche Bewegung verteilt wird,
wobei somit die Desinfektionsbehandlung auch in Regionen und an Oberflächen
erzielt wird, die nicht direkt freigelegt sind.
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Der
Rotationszerstäuber ist eine Vorrichtung, die beim Trocknen,
beim Malen und in der Landwirtschaft verwendet wird. In dem Malerbereich
wird er als Alternative zu dem Venturi-Zerstäubersystem
verwendet, da er einen Nebel mit Tropfen einer präzisen Abmessung
mit einer minimalen Abmessungsverteilung erzeugt. Beim Malen wird
das System oft mit elektrostatischen Systemen kombiniert, die den
polarisierten Nebel auf das zu bemalende Objekt richten, das mit
dem entgegengesetzten Vorzeichen polarisiert gehalten wird. Eine
elektrische Gleichspannung in der Größenordnung
von zwischen 40 und 100 kV wird zum elektrischen Laden der Tropfen
verwendet, so dass diese durch den Teil, der zu bemalen ist, der vorne
angeordnet ist und mit dem anderen Anschluss des Spannungsgenerators
verbunden ist, angezogen werden.
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In
all diesen Systemen wird die elektrische Ladung mit einer festgelegten
und konstanten Polarität (entweder positiv oder negativ)
in dem Augenblick aufgeprägt, in dem das Produkt in Kontakt
mit der Rotationsglocke gelangt, an die eine Spannung auf verschiedenen
Wegen angelegt wird. Das System wird reguliert, um die Erzeugung
von übermäßig kleinen Tropfen zu verhindern,
um den Verlust von Farbe zu verringern und die Qualität
des fertigen Produkts zu verbessern. Im Allgemeinen wird angenommen, dass
eine optimale Tropfengröße von ungefähr
25 μm und ein Strahl mit der maximal möglichen
Konzentration der Tropfen erhalten wird.
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Bei
der Verwendung zum Malen wird die Rotationsglocke absichtlich mit
einem Strom aus komprimierter Luft umgeben, der den Zweck hat, den Strom
zu komprimieren und zu richten, wobei die Konzentration der Tropfen
entlang dem gesamten Bewegungspfad von dem Zerstäuber zu
dem zu bemalenden Objekt hoch gehalten wird.
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Beim
Sprühen der Produkte für die Landwirtschaft muss
andererseits der Nebel ebenso durch Tropfen, die nicht kleiner als
25 μm sind, gebildet werden, damit der Nebel ausreichend
schwer ist, sobald er ausgebildet ist, und damit er die Kulturpflanzen
einfach befeuchten kann, was Verluste des Produkts und die Verteilung
außerhalb des Bereichs, der sich in Behandlung befindet,
aufgrund des Winds verhindert.
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Dagegen
ist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für die
Erzeugung eines Aerosolstroms mit Tropfen gedacht, die so klein
wie möglich sind und die die geringst mögliche
Konzentration pro Volumeneinheit haben, nämlich mit einer
maximalen Verdünnung in der Transportluftströmung.
Durch elektrostatische Felder und die kontrollierte Umkehr der Polarisierung
kann beginnend mit ausschließlich feinen Tropfen dieses
System zuerst verursachen, dass die feinen Tropfen mit den Mikroorganismen
interagieren und dann die Tropfen vergrößern,
die schon in der Luft dispergiert sind, nämlich auf eine Abmessung,
die zum Befeuchten von Oberflächen geeignet ist, wobei
somit eine minimale Menge des Desinfektionsmittels verwendet wird.
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Wie
schon angegeben ist, wird die Effizienz der Desinfektion eines geschlossenen
Raums durch eine Aerosoleinrichtung durch die Abmessung der Tropfen
beeinträchtigt; nur Tropfen mit Abmessungen unterhalb von
5 μm verbleiben in der Suspension in der Luft, die ein
trockenes Aerosol ausbilden, das sich durch die Brownsche Bewegung
mit der Fähigkeit bewegt, mit Mikroorganismen zu interagieren, die
in der Luft verteilt sind. Andererseits erfordert die Desinfektion
eines geschlossenen Raums ebenso die Behandlung von Flächen,
die durch größere Tropfen erreicht werden müssen,
die zu einer Befeuchtung in der Lage sind.
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Die
Tatsache, dass mit dem innovativen System, das hier beschrieben
ist, das Aerosol mit reinen ultrafeinen Tropfen erzeugt wird, deren
Abmessung nur nachfolgend anwachsen gelassen wird, bringt den Vorteil
mit sich, dass entscheidend geringere Dosen bis zu weniger als einem
Zehntel im Vergleich mit herkömmlichen Desinfektionssystemen
erforderlich sind. Das Aerosol wird erzeugt, um durch den Rotationszerstäuber
reine Tropfen bis zu Abmessungen zwischen 1 und 5 μm mit
einem Gaußschen Mittelwert von ungefähr 2,5 μm
zu erzeugen, so dass das gesamte verteilte Produkt in der Suspension
in der Luft während der ersten Stufe des Betriebs verbleibt.
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Ein
weiteres Merkmal ist, dass in dem Augenblick, wenn das Aerosol in
den geschlossenen Raum emittiert wird, der sich in Behandlung befindet, diesem
elektrostatische Ladungen durch Alternieren von Zeitdauern negativer
Polarität und von Zeitdauern positiver Polarität
zugeführt werden. Das bringt verschiedenartige Vorteile
mit sich. Der erste ist es, dass, da die Tropfen, die gerade ausgebildet
sind, elektrostatisch mit demselben Vorzeichen polarisiert sind,
diese dazu tendieren einander abzustoßen, was ein unkontrolliertes
Wachstum durch Aggregation und Koaleszens verhindert.
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Der
zweite Vorteil ist die Fähigkeit, rasch mit den Mikroorganismen
in der Suspension in der Luft zu interagieren. Wie bekannt ist,
haben bei den bipolaren Systemen der Zellmembranen von Mikroorganismen
die elektrischen Ladungen ein positives Vorzeichen an der Oberfläche
und ein negatives Vorzeichen in Richtung auf das Protoplasma, das
sich in dem Inneren befindet. Da die Mikroorganismen dieselbe positive
Ladung auf der Oberfläche haben, tendieren sie dazu, sich
folglich gegenseitig abzustoßen (1).
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Wenn
ein Aerosol aus feinen negativ geladenen Tropfen anfangs verteilt
wird, werden diese durch die äußeren Membranen
der Mikroorganismen angezogen (2). Dieser
Ablauf ist nicht neuartig und es gibt verschiedenartige Luftreiniger
in dem Markt, die negative Ionen emittieren. Es sollte jedoch darauf
hingewiesen werden, dass, da die Partikel, die einfach durch Aggregation
von Partikeln in einer Suspension in der Luft erzeugt werden, und
negative Ionen nicht elektrisch neutral sind, sondern eine freie negative
elektrische Ladung haben, diese einander mit einer noch größeren
Kraft als derjenigen der ursprünglichen Mikroorganismen
abstoßen (3). Wenn ein Desinfektionsmittel
auf diesem Weg dispergiert wird, gelangt es in Kontakt mit den Partikeln in
der Suspension, aber verbleiben die neuen Partikel, die durch die
Aggregation ausgebildet werden, noch in der Suspension, da sie einander
elektrisch abstoßen und auch da ihre Abmessung sehr klein bleibt.
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Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die Dispersion
von negativen Ionen beschränkt, sondern Stufen, in welchen
Aerosole mit einer negativen elektrischen Ladung dispergiert werden,
wechselns sich mit Stufen ab, in denen Aerosole mit einer negativen
Ladung dispergiert werden. Der Prozess beginnt mit einer Stufe,
in welchem Aerosole mit einer negativen Ladung dispergiert werden. Wenn
das Messgerät für das elektrostatische Feld, mit
dem die Vorrichtung versehen ist, erfasst, dass die Luft in dem
geschlossenen Raum den vorbestimmten Feldpegel erreicht hat, wird
die Polarität umgekehrt, so dass Aerosole mit einer positiven
Ladung dispergiert werden.
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Durch
eine elektrische Anziehung ziehen die positiven Tropfen, die nun
dispergiert werden, die vorhergehend ausgebildeten aggregierten
Micellen an, die eine negative Ladung haben (4). Neue Aggregate
werden gebildet (5), die dann weitergehend wachsen
(6), wobei sie somit den Mikroorganismus belegen
und ihn beträchtlich schwerer machen (7).
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Die
Dosis des Desinfektionsmittels, die von dem Volumen der zu behandelnden
Räume abhängt, wird somit in mehrere Stufen geteilt,
die in einer Abfolge durchgeführt werden, während
eine Änderung der Polarität der transportierten
elektrostatischen Ladung jedes Mal durchgeführt wird. In
der Minimalkonfiguration des Prozesses wird ein Zyklus ausgeführt, der
aus zwei Verteilungsstufen besteht, der ersten mit einer negativen
Polarität und der zweiten mit einer positiven Polarität.
Der Zyklus, der aus einer Verteilung mit einer negativen Ladung
gefolgt von einer Verteilung mit einer positiven Ladung besteht,
kann einmal oder mehrere Male, vorzugsweise viele Male durchgeführt werden,
um ein größeres Wachstum der Partikel in der Suspension
herbeizuführen, bis verursacht wird, dass sie ausfallen.
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Die
Verteilung der Aerosole mit entgegengesetzten Ladungen in einer
Abfolge bedeutet ebenso, dass die Tropfen, die nicht die Gelegenheit
hatten, sich mit Mikroorganismen zu kombinieren, sich mit anderen
eines entgegengesetzten Vorzeichens durch eine elektrische Anziehung
zu verbinden, wobei somit die Ausbildung der größeren
Tropfen herbeigeführt wird, die zum Anfeuchten der Oberflächen erforderlich
sind (8), und gleichzeitig die suspendierten feinen
Tropfen durch Ausfallen beseitigt werden, wenn sie nicht mehr erforderlich
sind.
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Die
Abwechslung der elektrischen Ladung in dem Aerosol erzielt somit
zuerst die Verteilung der Tropfen, die in Kontakt mit den Mikroorganismen
gelangen können, und dann die Ausbildung der größeren
Partikel, die als Ausfall mit einer neutralen elektrischen Ladung
ausfallen. Diese neuen Partikel feuchten die Oberflächen
einfach an und werden von der Luft, in die sie als feine Tropfen
zugeführt wurden, innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer
in der Größenordnung von wenigen Minuten in Vergleich
mit Stunden bei herkömmlichen Desinfektionssystemen getrennt.
Das gilt ebenso für die Aerosoltropfen, die nicht auf irgendeinem
Weg an die Mikroorganismen in der Suspension gebunden werden.
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Bei
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird insbesondere hinsichtlich
der Gestalt und der Details der Glocke und des Transports und des Verteilungssystems
Sorge getragen, so dass nur sehr feine Tropfen ausgebildet werden.
Anstelle der Richtung des Strahls durch komprimierte Luft wie bei den
meisten herkömmlichen Anwendungen, die eine Region einer
Kompression des Aerosols und folglich eine Konzentration sowie eine
Koaleszenz der Tropfen in andere größere Tropfen
mit sich bringen würde, wird der Strahl graduell durch
zwei konzentrische laminare Strömungen zum Transportieren
von Luft kontrolliert, die progressiv geblasen wird, so dass niemals
Regionen vorkommen, in denen das Aerosol einer Kompression ausgesetzt
wird.
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Die
laminare Strömung, die zuerst auf den Strahl einwirkt,
hat den Zweck zu gestatten, dass eine erste Verbreiterung des Aerosolstrahls
bewirkt wird. Die zweite laminare Strömung hat die Aufgabe den
Strahl zu verdünnen und ihn soweit wie möglich vorzuschieben
und ebenso die elektrostatischen Ladungen zuzuführen. Diese
werden durch eine geeignete Koronaentladungsvorrichtung erzeugt,
die auf eine Weise angeordnet ist, dass sie die Polarität
des Felds und der Ionen umkehren kann, die emittiert werden, wenn
die Intensität des elektrostatischen Felds der Luft in
dem geschlossenen Raum, der sich in Behandlung befindet, einen vorbestimmten
Wert erreicht, der in dem Programm der Vorrichtung im Voraus eingestellt
ist, oder auf der Grundlage der Zeit von Testdaten.
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Unter
Bezugnahme auf die 9 und 10 wird
die Flüssigkeit, die mikronisiert werden kann, in der zentralen
Kammer 13 einer Glocke 12 eingeführt,
die mit dem Außenraum über eine Reihe kleiner
Löcher 14 in Verbindung steht, die radial oder geneigt
angeordnet sind. Die Glocke dreht sich mit einer Drehzahl zwischen
10.000 und 100.000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise mit 30.000
Umdrehungen pro Minute, wobei sie einen Film aus Flüssigkeit
erzeugt, der durch die inneren Ränder der sich rasch drehenden
Löcher geschnitten wird, was die Ausbildung von Tropfen
mit einer gleichmäßigen Abmessung zwischen 1 und
5 μm herbeiführt, die die Glocke durch die Zentrifugalkraft
verlassen. Die Tropfen werden durch eine primäre laminare
Luftströmung gesammelt, so dass ein fein dispergiertes
Aerosol gebildet wird.
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Die
Aerosolströmung wird unmittelbar mit einer Sekundärlufströmung
gemischt, die im Voraus mit statischer Elektrizität durch
einen Generator für ein elektrostatisches Feld aufgeladen
wurde, der auf der Grundlage der Koronaentladung und der Verteilungsleistung
der Elektrodenspitzen arbeitet. Die Strömung wird durch
ein Gebläse mit einer hohen Ausgangsleistung erzeugt, um
die maximale Verdünnung und eine Strömung mit
einem Schub zur Verfügung stellen, der für die
Behandlung der geschlossenen Räume auch bei beträchtlichen
Volumen und Dimensionen geeignet ist.
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Die
elektrostatische Ladung des Aerosols wird durch die Vorrichtung
durch ein elektrisches Feld erzeugt, das durch Elektrodenspitzen
erzeugt wird, an die eine Spannung zwischen 2.000 und 20.000 V, vorzugsweise
weniger als 10.000 V, um die Erzeugung von Ozon zu verhindern, angelegt
wird. Der Feldgenerator ist so aufgebaut, dass er das Vorzeichen
der Polarität umkehren kann. Darüber hinaus hat
er einen Sensor, der die Intensität des elektrostatischen
Felds, das in dem geschlossenen Raum vorhanden ist, der sich in
Behandlung befindet, durch Messen von diesem in der Luft misst,
die in die Vorrichtung eintritt. Dieses Messsystem wird durch das Steuersystem
der Vorrichtung verwendet, um den optimalen Augenblick für
die Umkehr der elektrostatischen Ladung, die auf das Aerosol aufgeprägt
wird, zu erzielen. Alternativ kann, obwohl es weniger vorzuziehen
ist, die Polarität des elektrostatischen Felds ebenso nach
einer vorbestimmten und programmierten Zeitdauer umgekehrt werden.
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In
der ersten Verteilungsstufe ist die elektrostatische Ladung, die
auf das Aerosol aufgeprägt wird, ständig einer
negativen Polarität, so dass die Tropfen sich durch die
Anziehung mit Mikroorganismen kombinieren können, die eine
positive Oberflächenladung haben.
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Das
Trockenaerosol wird von der Vorrichtung durch eine Strömung
abgelöst, die vorzugsweise nach oben gerichtet ist, obwohl
jeder Winkel der Verteilung verwendet werden kann, da die geringe
Abmessung der Aerosoltropfen gestattet, dass das Aerosol mit einer
hohen Geschwindigkeit in jeder Richtung dispergiert werden kann,
wobei es auch die Regionen erreicht, die relativ zu der Vorrichtung
abgeschattet sind.
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Die
Vorrichtung der Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen
definiert. Insbesondere weist die Vorrichtung Folgendes auf:
- – Ein äußeres Gehäuse
aus nicht leitfähigem Material, vorzugsweise aus einer
kombinierten zylindrischen und konischen Gestalt mit einer vertikalen
Achse,
- – ein inneres Gehäuse aus nicht leitfähigem
Material, vorzugsweise mit einer kombinierten zylindrischen und
kegelstumpfartigen Gestalt mit einer vertikalen Achse, die angeordnet
ist, um eine Kammer für den Durchtritt von Luft zwischen
den zwei Gehäusen auszubilden,
- – eine Rotationsglocke mit hoher Drehzahl, die innerhalb
des inneren Gehäuses und in der Umgebung von einem Ende
von diesem angeordnet ist und mit einem Durchmesser ausgebildet
ist, so dass ein ringförmiger Durchgangsweg zwischen der
Glocke und dem Ausgangsrand des inneren Gehäuses frei bleibt,
- – ein Luftgebläse, das so wirkt, dass die
Luft gezwungen wird, in einer laminaren Form durch den vorstehend
erwähnten ringförmigen Durchgangsweg zu treten,
- – eine Form der Rotationszerstäuberglocke,
um eine innere ringförmige Kammer auszubilden, in die die
Flüssigkeit dosiert wird und die mittels kleiner Löcher
mit dem Außenraum in Verbindung steht, die eine konkave
Gestalt hat, um die Ablenkung der Tropfen zu vereinfachen,
- – einen Gebläselüfter zum Erzeugen
einer Luftströmung in der Kammer, die zwischen dem äußeren
Gehäuse und dem inneren Gehäuse vorhanden ist,
- – ein Mittel, das zum Bilden eines elektrostatischen
Felds und zum Aufrechterhalten eines ionisierten Zustands des Aerosols,
das durch die Vorrichtung abgegeben wird, abwechselnd mit einer negativen
Polarität und mit einer positiven Polarität geeignet
ist,
- – optional eine Einrichtung, die die elektrostatische
Ladung in dem geschlossenen Raum während der Behandlung
messen kann,
- – eine Einrichtung, die zum Dosieren der Flüssigkeit
geeignet ist, die das Aerosol ausbilden soll, in einer Kammer, die
innerhalb der Rotationszerstäuberglocke angeordnet ist,
- – ein programmierbares System zum Dosieren des Aerosols
in Abhängigkeit von dem Volumen des geschlossenen Raums,
der zu behandeln ist, der Dosen, die erforderlich sind, und der
Art des Desinfektionsmittels und ebenso zum Durchführen
der verschiedenartigen Stufen des Zyklus einschließlich
der Überwachung und der Umkehr der elektrostatischen Ladung
des Aerosols, die vorzugsweise auf der Grundlage der Messung der elektrostatischen
Ladung erzeugt wird, die in dem geschlossenen Raum vorhanden ist,
der sich in Behandlung befindet.
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Weitere
Vorteile und Charakteristiken des Verfahrens und der Vorrichtung
gemäß der Erfindung werden aus der folgenden genauen
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten 9 und 10 ersichtlich,
die lediglich als nicht beschränkendes Beispiel angeben
und die schematisch eine Vorrichtung zum Ausführen eines
Aerosolerzeugungsverfahrens zeigen.
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Die
Vorrichtung ist durch ein äußeres Gehäuse 1 aus
nicht leitfähigem Material und vorzugsweise aus einer kombinierten
zylindrischen und kegelstumpfartigen Gestalt mit einer vertikalen
Achse definiert. Ein inneres Gehäuse 2 aus nicht
leitfähigem Material und vorzugsweise einer kombinierten
zylindrischen und kegelstumpfartigen Gestalt mit einer vertikalen
Achse ist innerhalb des äußeren Gehäuses 1 positioniert
und in Position durch Abstandhalter 3 gehalten, so dass
freie Durchgangswege 4 zwischen den zwei Behältern
verbleiben.
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Ein
Gebläselüfter 5, der eine Luftströmung 6 erzeugt,
ist in dem unteren Abschnitt des Gehäuses 1 angeordnet.
Ein Generator 7 für ein elektrostatisches Feld
ist oberhalb des Gebläselüfters 5 angeordnet
und hat Elektrodenspitzen 8 und ein System 9 zum
Messen der Intensität des Felds in der eintretenden Luft.
Die Vorrichtung arbeitet bei einer Spannung zwischen 2.000 und 20.000
V, vorzugsweise unterhalb von 10.000 V, um die Erzeugung von Ozon
zu verhindern. Der Feldgenerator ist so konstruiert, dass er die
Polarität des Felds und der emittierten Ionen umkehren
kann. Das Messsystem 9 weist einen kapazitiven oder äquivalenten
Sensor auf, der gemeinsam mit geeigneten elektronischen Systemen
die Intensität des elektrostatischen Felds, das in dem
geschlossenen Raum vorliegt, der sich in Behandlung befindet, durch
Messen von desselben in der Luft bestimmen kann, die in die Vorrichtung
eintritt. Dieses Messsystem wird durch das Steuersystem der Vorrichtung
verwendet, um den optimalen Augenblick für die Umkehrung
der elektrostatischen Ladung zu bilden, die auf das Aerosol aufgeprägt
wird.
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Ein
Motor 10 ist innerhalb des inneren Gehäuses 2 eingebaut
und treibt die Rotationsglocke 12 des Zerstäubers
mittels einer Welle 11 an. Die Glocke 12 hat eine
innere Kammer 13, die die Flüssigkeit durch die
Zentrifugalkraft in Richtung auf Löcher 14 befördert,
die radial in rechten Winkeln oder mit einer Neigung ausgebildet
sind, um den Flüssigkeitsfilm abzuschneiden, der in der
inneren Kammer 13 ausgebildet wird, nachdem sie durch eine
Leitung 15 zugeleitet wird.
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Die
Glocke wird mit einer Drehzahl zwischen 10.000 und 100.000 Umdrehungen
pro Minute, vorzugsweise 30.000 Umdrehungen pro Minute gedreht. Während
der Drehung schneiden die Löcher den Flüssigkeitsfilm
in extrem feine Tropfen, die dann in den konkaven Abschnitt 16 der
Glocke ausgeworfen werden.
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Der
Motor 10 treibt ebenso mittels einer Welle 17 ein
Gebläse 18 an, das eine Luftströmung 19 erzeugt,
die in einem Durchgangsweg 20 ausgestoßen wird.
Alternativ kann die Luftströmung 19 ebenso mittels
eines separaten Gebläses erzeugt werden und kann in ähnlicher
Weise das Gebläse 18 durch einen Motor angetrieben
werden, der separat von dem Motor 10 ist.
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Die
Kombination der Luftströmungen 6 und 19 mit
den Tropfen, die aus der Rotationsglocke ausgeworfen werden, bildet
das Aerosol 21, das mit der elektrostatischen Ladung polarisiert
wird.
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Die
Vorrichtung wird durch solche Vorrichtungen zum Drehen des Motors 10 mit
der eingerichteten Drehzahl, Systemen zum Überwachen des elektrischen
Felds in der Luft des geschlossenen Raums, der sich in Behandlung
befindet, und zum Umkehren der Polarität des erzeugten
elektrostatischen Felds sowie Vorrichtungen zum Programmieren der
Behandlung in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Volumen,
der Dosis und der Art des Desinfektionsmittels vervollständigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - FR 2481782 [0018]
- - FR 2758476 [0018]
- - EP 0394629 [0018]
- - DE 3305664 [0018]
- - GB 1507929 [0018]
- - GB 2096911 [0018]
- - US 4564375 [0018]
- - US 6513736 [0018]
- - EP 1682279 [0018, 0019]
- - EP 0857515 A3 [0021]
- - US 4723726 [0021]
- - US 4887770 [0021]
- - US 5474236 [0021]
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- - US 5947377 [0021]
- - US 6053437 [0021]
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- - EP 0860211 [0022]
- - US 5145113 [0022]
- - US 6855943 [0022]
- - US 6189813 [0022]
- - US 6378788 [0022]