DE60115921T2

DE60115921T2 - Filteranordnung

Info

Publication number: DE60115921T2
Application number: DE60115921T
Authority: DE
Inventors: Bruno Aubert
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: KR100841117B1; JP2004508103A; EP1317290A2; CN1455684A; AU2002213892A1; CN1226048C; KR20030029914A; WO2002020064A3; CN1216645C; EP1317290B1; RU2260444C2; US7175699B2; EP1317291A2; ES2252295T3; FR2813796A1; JP2004508163A; AU2001291833A1; CN1455685A; KR20030029924A; US20030177907A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung, die ein Filtermedium hält und mit Mitteln zur Desinfektion des Filtermediums versehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Desinfektion eines Filtermediums.
Hintergrund der Erfindung
Es ist wohlbekannt, dass schwebende Mikroorganismen wie Bazillen, Viren, Pilze und Bakterien Krankheiten verursachen können. Studien aus jüngster Zeit haben gezeigt, dass eine Luftverunreinigung im Hause eine große Gesundheitsgefahr darstellt. Luftverunreinigung im Hause wird in den meisten Fällen durch das Vorhandensein von unerwünschten Teilchen, unerwünschten chemischen Substanzen und/oder unerwünschten Mikroorganismen verursacht.
Unerwünschte Teilchen und erwünschte chemische Substanzen lassen sich in den meisten Fällen durch herkömmliche Techniken wie Filtration und Ventilation vermeiden. Die Verunreinigung durch Mikroorganismen stellt ein ernsteres Hindernis dar.
HEPA-Filter (HEPA – High Efficiency Particulate Arresting Filters) können zum Filtern von zuströmender Luft durch Zurückhalten unerwünschter Teilchen und unerwünschter Mikroorganismen, wie zum Beispiel Bakterien, verwendet werden. Die Bedingungen des Filtermediums, wie zum Beispiel Temperatur und Feuchtigkeit, begünstigen jedoch eine Vermehrung und Ausbreitung der Bazillen über die gesamte Dicke und die gesamte Fläche des Filtermediums. Bereits nach ein paar Betriebsstunden ist der Filter mit Mikroorganismen verunreinigt. Ein verunreinigtes zentrales Luftsystem kann zu einem Brutplatz für biologische Verunreinigungen werden, und durch das Luftsystem gezwängte Luft kann die Verunreinigungen im gesamten Gebäude verteilen.
Um eine Vermehrung und Ausbreitung von Bazillen zu vermeiden, muss das Filtermedium regelmäßig desinfiziert werden. Dies kann zum Beispiel durch eine chemische oder thermische Behandlung erfolgen.
Die US 4 707 167 beschreibt eine Filteranordnung, die ein Filtermedium zum Abfangen von in Luft suspendierten Mikroorganismen umfasst. Die Filteranordnung umfasst Heizmittel zum Erwärmen des Filtermediums zwecks Sterilisation der abgefangenen Mikroorganismen.
Derzeit ist auch ein ultraviolette Strahlung mit Titandioxid als Photokatalysator verwendender photokatalytischer Prozess zur Desinfektion eines Filtermediums bekannt. Diese Technik ist jedoch nur zur Oberflächenfiltration geeignet.
Die WO 98/0001 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung eines Filterelements durch Zuführung von Reinigungsflüssigkeit in einer Folge von mehreren getrennten Flüssigkeitsimpulsen, die mit der Druckgasversorgung vermischt werden.
Kurze Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer ein Filtermedium haltenden Filteranordnung mit Mitteln zur Desinfektion des Filtermediums. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur effizienten und wirtschaftlichen Desinfektion eines Filtermediums.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Filteranordnung bereitgestellt. Die Filteranordnung umfasst ein Filtermedium, mindestens ein Behältnis und ein Heizsystem zum Erwärmen des Filtermediums. Das Filtermedium umfasst Metallfasern und ist im Behältnis installiert. Das Filtermedium kann auch in mehreren Behältnissen installiert sein, die zum Beispiel nebeneinander angeordnet sind. Das Behältnis oder die Behältnisse ist/sind mit mindestens einem Lufteinlass, mindestens einem Luftauslass und mit Mitteln zum Entfernen der Luft und des freien Raums in dem Filtermedium und um dieses herum versehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Behältnis mindestens zwei verformbare Wände zum Entfernen der Luft und des freien Raumes in dem Filtermedium und um dieses herum. Unter verformbar wird verstanden, dass die Wand elastisch verformt werden kann, was bedeutet, dass die Verformung reversibel ist. Eine der verformbaren Wände kann gegen die Oberseite des Filtermediums platziert werden, während die andere gegen seine Unterseite platziert werden kann. Die verformbaren Wände sind zum Beispiel polymere oder elastomere Membrane. Es liegt auf der Hand, dass die verformbaren Wände den während des Erwärmens des Filtermediums zugeführten Temperaturen standhalten müssen. Bevorzugte verformbare Wände sind aus Silizium oder einem Fluorelastomer hergestellt; Wände dieser Art sind als Viton^® bekannt.
Das Filtermedium umfasst vorzugsweise eine gesinterte Vliesmetallfaserbahn oder eine mehrlagige Struktur, die aus mehreren gesinterten Vliesmetallfaserbahnen besteht. Für das Filtermedium gemäß der Erfindung verwendete Metallfasern können aus herkömmlichen Metallen oder Metalllegierungen bestehen. Bevorzugte Legierungen sind rostfreier Stahl, wie zum Beispiel rostfreier Stahl 316L, Fecralloy^®, Hastelloy^®, Inconel^®, Nichrome^®, Alloy HR.
Die Fasern des Filtermediums weisen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 0,5 und 30 μm auf. Besonders bevorzugt weisen die Metallfasern einen Durchmesser zwischen 0,5 und 7 μm, zum Beispiel 1,5 μm, auf.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Filtermedium zwei Lagen, wobei jede Lage eine Vliesmetallfaserbahn umfasst. Die Metallfasern der ersten Lage auf der Lufteinströmseite weisen einen Durchmesser zwischen 4 und 8 μm auf, während die Fasern der zweiten Lage einen Durchmesser zwischen 1 und 3 μm aufweisen. Die zweite Lage wird auf der Ausströmseite der ersten Lage mit dieser in Berührung gebracht, und das so gebildete Filtermedium wird anschließend gesintert und verdichtet.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Filtermedium drei Lagen, wobei jede Lage eine Vliesmetallfaserbahn umfasst. Die Fasern der ersten Lage weisen einen Durchmesser zwischen 8 und 14 μm auf; die Fasern der zweiten Lage weisen einen Durchmesser zwischen 4 und 8 μm auf, während die Fasern der dritten Lage einen Durchmesser zwischen 1 und 3 μm aufweisen.
Das Filtermedium weist vorzugsweise eine Filterfeinheit in Luft von mindestens 0,3 μm auf.
Die Filterfeinheit wird durch die Teilchengröße bestimmt, von der 99,97% durch das Filtermedium aufgefangen werden. Bakterien, Viren und Pilze weisen eine Größe zwischen 0,01 und 20 μm auf. Dies bedeutet, dass der Hauptteil der Bakterien, Viren, Pilze durch das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Filtermedium zurückgehalten wird.
Des Weiteren zeichnet sich das Filtermedium durch eine hohe Porosität aus. Vorzugsweise ist die Porosität höher als 70% und besonders bevorzugt ist die Porosität höher als 80%, zum Beispiel 85%.
Weiterhin ist das Behältnis mit einem Heizsystem versehen, das das Erwärmen des Filtermediums auf eine Temperatur von über 100°C und vorzugsweise geringer als 250°C gestattet. Besonders bevorzugt liegt die Temperatur zwischen 134 und 150°C, zum Beispiel bei 138°C. Die Erwärmung kann auf beliebige dem Fachmann bekannte Weise erfolgen und kann zum Beispiel Erwärmen mittels eines oder mehreren elektrischen Widerständen, Fluidaustauschern, eines Hochfrequenzheizers oder durch eine Kombination davon erfolgen. Bei dem Erwärmen kann es sich um ein indirektes Erwärmen, zum Beispiel durch Erwärmen des Behältnisses, das anschließend das Filtermedium erwärmt, handeln. Des Weiteren ist auch ein direktes Erwärmen des Filtermediums, zum Beispiel durch Erwärmen durch elektrische Leitung, Induktionserwärmung oder Hochfrequenzerwärmung, möglich.
Die Filteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders zur Verwendung in Krankenhäusern, Operationsabteilungen, Reinlaboren und Produktionsräumen für zum Beispiel Produktionsräume für elektronische Bauteile. Des Weiteren eignet sich die Filteranordnung zur Verwendung in Klimaanlagen, zum Beispiel in Klimaanlagen von Wohnhäusern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Desinfektion eines Metallfasern umfassenden Filtermediums bereitgestellt. Das Filtermedium umfasst eine gesinterte Vliesmetallfaserbahn oder eine mehrlagige Struktur, die mehrere gesinterte Vliesmetallfaserbahnen umfasst.
Bei dem Verfahren wird das Filtermedium unter einem Druck von Wasserdampf und/oder Radikalen erwärmt, um das Filtermedium zu desinfizieren. Der Druck von Wasserdampf und/oder Radikalen wird während des Erwärmens erhalten, indem das Wasser und die Radikale, das bzw. die an der Oberfläche und/oder in der porösen Struktur des Filtermediums absorbiert und/oder auf natürliche Weise gebildet werden, verdampft werden. Der Druck des Wasserdampfs und/oder der Radikalen ist vorzugsweise höher als 1 × 10⁵ Pa (1 bar), 2 × 10⁵ Pa (2 bar) oder 3,4 × 10⁵ Pa (3,4 bar). Die Radikale sind vorzugsweise Hydroxyl-(OH-)Radikale. OH-Radikale sind als sehr reaktive freie Radikale und als starke Oxidantien bekannt, die verschiedene Mikroorganismen vernichten und verschiedene flüchtige organische Verbindungen abbauen können. Die Radikale können auch CO-Radikale umfassen.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird der Druck von Wasser und Radikalen dadurch erhalten, dass vor dem Erwärmen sämtliche oder im Wesentlichen sämtliche Luft und der freie Raum in dem Filtermedium und um dieses herum entfernt wird, damit das Wasser und die Radikale an der Oberfläche und/oder in der porösen Struktur des Filtermediums absorbiert und/oder gebildet werden können, so dass sie in ausreichender Zahl vorliegen, um beim Erwärmen des Filtermediums einen Druck von gesättigtem oder im Wesentlichen gesättigtem Wasserdampf zu erhalten.
Unter einem Druck von im Wesentlichen gesättigtem Wasserdampf wird ein Druck verstanden, der mindestens 90% des Drucks von gesättigtem Wasserdampf beträgt.
Unter Entfernen von im Wesentlichen sämtlicher Luft und sämtlichem freien Raum im Filtermedium und um dieses herum wird das derartige Entfernen der Luft und des freien Raums verstanden, dass ein im Wesentlichen gesättigter Wasserdampf erhalten wird.
Es ist bekannt, dass alle Materialien unter atmosphärischen Bedingungen eine geringe Wassermenge an ihrer Oberfläche absorbieren und dass dieses Wasser aufgrund des Zusammenwirkens mit dem Material teilweise in radikaler Form vorliegt. Aus Metall bestehende Materialien, wie zum Beispiel das Metallfasern umfassende Filtermedium, absorbieren leicht Wasser und Radikale. Da das Filtermedium ein poröses Medium ist, werden das Wasser und die Radikale nicht nur an der Außenfläche des Filtermediums kondensiert, sondern auch in der porösen Struktur des Filtermediums selbst.
Um zu gewährleisten, dass das Wasser und die Radikale, wie zum Beispiel OH-Radikale, an der Oberfläche und/oder in der porösen Struktur des Filtermediums systematisch in Form von Dampf vorliegen, wird vorzugsweise sämtliche Luft und sämtlicher freier Raum im Filtermedium und um dieses herum entfernt. Besonders bevorzugt wird sämtliche Luft und sämtlicher freier Raum im Filtermedium und um dieses herum entfernt. Auf diese Weise gestattet bzw. gestatten das Wasser und die Radikale, das bzw. die an der Oberfläche und/oder in der porösen Struktur des Filtermediums absorbiert oder auf natürliche Weise gebildet wird bzw. werden, den Erhalt eines Drucks von gesättigtem oder im Wesentlichen gesättigtem Wasserdampf, wenn das Filtermedium auf Temperaturen über 100°C erwärmt wird.
Durch das Entfernen oder im Wesentlichen Entfernen der Luft und des freien Raums im Filtermedium und um dieses herum sind das Wasser und die OH-Radikale, die an der Oberfläche und/oder in der porösen Struktur des Filtermediums absorbiert oder auf natürliche Weise gebildet werden, wenn sie durch den Erwärmungsprozess bei Temperaturen über 100°C vollständig oder teilweise verdampft sind, in dem sehr kleinen verbleibenden Volumen konzentriert, und der Dampf oder die Radikale und Bazillen treffen sich wahrscheinlich.
Die Wirkung solch eines mit Radikalen geladenen Wasserdampfs ist zur Zerstörung von Bazillen sehr effizient.
Ein bevorzugtes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Bereitstellen einer Filteranordnung wie oben beschrieben
– Entfernen von sämtlicher (sämtlichem) oder im Wesentlichen sämtlicher (sämtlichem) Luft und freiem Raum in dem Filtermedium und um dieses herum;
– Herstellen von luftdichten Bedingungen;
– Erzeugen eines Drucks von gesättigtem oder im Wesentlichen gesättigtem Wasserdampf und/oder eines Druck von Radikalen durch Erwärmen des Filtermediums.

Die Luft und der freie Raum im Filtermedium und um dieses herum werden durch Reduzieren des Volumens eines oder mehrerer das Filtermedium haltender Behältnisse entfernt. Dies kann durch Platzieren der verformbaren Wände des Behältnisses gegen die Ober- und Unterseite des Filtermediums erfolgen.
In einem anschließenden Schritt werden zum Beispiel durch luftdichtes Verschließen des Behältnisses luftdichte Bedingungen hergestellt.
Es wird bevorzugt, dass anschließend durch leichtes Verringern des Drucks durch Ansaugen oder leichtes Vergrößern des Volumens des verbleibenden freien Raums in dem Filtermedium und um dieses herum vor dem Erwärmen ein leichtes Vakuum erzeugt wird. Das Vorhandensein des leichten Vakuums hilft dabei, während der anschließenden Erwärmung leichter einen Druck von gesättigtem oder im Wesentlichen gesättigtem Wasserdampf zu erreichen.
Anschließend wird das Filtermedium auf eine Temperatur von über 100°C erwärmt. Vorzugsweise liegt die Temperatur zwischen 100 und 250°C und besonders bevorzugt zwischen 134 und 150°C, zum Beispiel bei 138°C.
Das Erwärmen kann durch ein beliebiges, in der Technik bekanntes Verfahren erfolgen.
Die Zeitdauer der Wärmebehandlung liegt vorzugsweise zwischen 1 und 60 Minuten. Es ist offensichtlich, dass die Zeitdauer der Wärmebehandlung von der Temperatur abhängt. Bei einem bevorzugten Verfahren umfasst die Wärmebehandlung das Erwärmen bei einer Temperatur von 138°C für 20 Minuten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben; darin zeigen:
1 und 2 zwei Ausführungsformen einer Filteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Auf 1 Bezug nehmend, umfasst die Filteranordnung 100 ein Filtermedium 102 und einen Filterkasten 104. Das Filtermedium umfasst eine gesinterte Vliesmetallfaserbahn. Die Metallfasern sind Fasern aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 1,5 μm. Die Filterfeinheit des Filtermediums in Luft beträgt 0,3 μm.
Der Filterkasten ist in zahlreiche Kammern und Behältnisse 106 unterteilt, die nebeneinander angeordnet sind.
Jede der Kammern kann zum Beispiel mittels Abstandsringen 114 und Dichtungen 116 luftdicht abgedichtet sein. Dadurch können eine oder mehrere Kammern undurchlässig für den zu filternden Luftstrom sein, während die anderen Kammern noch immer als Filtereinheiten funktionieren.
Jedes Behältnis 106 umfasst mindestens einen Lufteinlass, mindestens einen Luftauslass und zwei aus Fluorelastomer (Viton^®) bestehende Membrane 108. Während eines normalen Filtrationsbetriebs sind die Membrane lose, und die zu filternde Luft strömt von Seite A zu Seite B.
Das Volumen eines verformbaren Behältnisses wird regelmäßig, zum Beispiel alle 6 Stunden, verkleinert, während die anderen Kammern noch immer als Filtrationseinheiten funktionieren. Das Volumen eines Behältnisses kann durch Dehnen der Membrane 108 auf der Ober- und Unterseite des Filtermediums 102 verkleinert werden. Dies kann durch Einleiten von Druckluft durch die Öffnung 110 erfolgen. An die durch die Ankunft von Druckluft verursachte Druckphase kann sich eine Entlastungsphase anschließen, um ein leichtes Vakuum zu erzeugen. Das Vorhandensein eines leichtes Vakuums gestattet den Erhalt des Drucks des gesättigten Wasserdampfs auf bessere Weise.
Nach dem Erhalt eines leichten Vakuums wird das Filtermedium 20 Minuten lang auf eine Temperatur von 138°C erwärmt. Das Filtermedium wird zum Beispiel durch Anlegen eines von einem Generator 112 gesteuerten elektrischen Stroms zwischen den beiden Abstandsringen 114 zur Erwärmung des relevanten Teils des Filtermediums erwärmt. Unter Annahme eines quasi Fehlens von freier Luft im Filtermedium und um dieses herum, gestattet bzw. gestatten das Wasser und die OH-Radikale, das bzw. die im Filter absorbiert oder auf natürliche Weise gebildet werden, eine optimale Sterilisation. Nach der Wärmebehandlung werden die Bazillen vernichtet und das Filtermedium wird desinfiziert. Bazillen können sich nicht länger vermehren oder migrieren.
Dieser Vorgang kann für alle Behältnisse fortlaufend wiederholt werden.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Filteranordnung 200 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine Filterkammer 206 umfasst ein röhrenförmiges Filtermedium 202 und zwei Membrane 208.
Das Volumen der Luft im Filtermedium und um dieses herum kann durch Dehnen der Membrane 208 auf den beiden Seiten des Filtermediums, zum Beispiel durch Einleiten von Druckluft durch die Öffnungen 210 und 210', verkleinert werden. Das Filtermedium wird durch Anlegen eines durch einen Generator 212 gesteuerten elektrischen Stroms erwärmt.

Claims

Filteranordnung mit einem Filtermedium, mindestens einem Behältnis und einem Heizsystem zum Erwärmen des Filtermediums; wobei das Filtermedium Metallfasern umfasst und in dem Behältnis oder den Behältnissen installiert ist; wobei das Behältnis oder die Behältnisse mit mindestens einem Lufteinlass, mindestens einem Luftauslass und Mitteln zum Entfernen der Luft und des freien Raumes in dem Filtermedium und darum herum versehen ist, um einen Druck von gesättigtem Wasserdampf und/oder einen Druck von Radikalen oder mindestens 90% eines Drucks von gesättigtem Wasserdampf und/oder eines Drucks von Radikalen zu erhalten.
Filteranordnung nach Anspruch 1, bei der das Behältnis mindestens zwei verformbare Wände umfasst.
Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die verformbaren Wände Membrane sind, die aus einem polymeren oder elastomeren Material hergestellt sind.
Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Filtermedium mindestens eine gesinterte Vliesmetallfaserbahn umfasst.
Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Metallfasern Fasern aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser zwischen 1 und 22 μm sind.
Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Filtermedium eine Filterfeinheit in Luft von mindestens 0,3 μm aufweist.
Verfahren zur Desinfektion eines Filtermediums mit Metallfasern durch Erwärmen des Filtermediums unter einen Druck von gesättigtem Wasserdampf und/oder einen Druck von Radikalen oder mindestens 90% eines Druck von gesättigtem Wasserdampf und/oder eines Drucks von Radikalen; wobei der Wasserdampfdruck und/oder Radikalendruck durch Entfernen von Luft und freiem Raum in dem Filtermedium und darum herum vor dem Erwärmen erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Filtermedium mindestens eine gesinterte Vliesmetallfaserbahn umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Filteranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6; – Entfernen von Luft und freiem Raum in dem Filtermedium und darum herum; – Herstellen von luftdichten Bedingungen; – Erzeugen eines Drucks von gesättigtem Wasserdampf und/oder eines Druck von Radikalen oder mindestens 90% eines Druck von gesättigtem Wasserdampf und/oder eines Drucks von Radikalen durch Erwärmen des Filtermediums.
Verfahren nach Anspruch 9, mit dem Schritt des Erzeugens eines leichter Vakuums durch Ansaugen oder leichtes Vergrößern des Volumens des verbleibenden freien Raums in dem Filtermedium und darum herum nach der Herstellung der luftdichten Bedingungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem das Filtermedium auf eine Temperatur von mindestens 100°C erwärmt wird.