JP2017538090A - 換気システムおよびその運転方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、空気流(14、54)を案内し、この空気流(14、54)を通常運転(N)中に空間(18、58)に供給するための配管系(12、52)の出口(16、56)から提供するべく設計された配管系(12、52)を備えた換気システム(10、50)に関する。この換気システム(10、50)は、清浄化運転(R)中に活性酸素種を生成して配管系(12、52)内を移送される空気流(14、54)にこの活性酸素種を送り込むべく設計された生成ユニット(34、66、100、170)を備える。本発明は、建物の部屋または閉鎖された装置の内部を換気または空調するためにこのような換気システム(10、50)を使用すること、このような換気システム(10、50)の運転方法、およびこのような換気システム(10、50)のための生成ユニット(34、66、100、170)に更に関する。【選択図】図1

Description

本発明は、空気流を移送し、通常運転中に部屋に供給するための配管系の出口からこの空気流を提供するべく構成された配管系を有する換気システム、特に空調システム、に関する。本発明は、このような換気システムの使用およびその運転方法にも関する。
換気および空調システムは、新鮮な空気を部屋に供給するために、および/または部屋を空調するために、特に建築技術において使用される。ただし、このようなシステムの運転時は、これらシステムが汚れまたは細菌によってやがては汚染され、それによって、一方では、これらシステムの適正な機能が損なわれ、他方では、換気または空調される部屋にいる人々にかなりの健康リスクを発生させ得るという問題に直面する。
このことは、これら換気または空調システムが手術室または無菌状態に維持されるべき他の部屋の換気または空調に用いられる場合に特に問題となる。細菌による換気システムの僅かな汚染であっても、このような手術室は汚染され得るので、ひいてはそこで治療されている患者の感染の危険性が増え、極端な場合には命に関わることさえあり得る。
この理由により、多くの国には、病院で使用される換気および空調システムおよび装置に対して厳格な衛生要件が存在する。独国では、これら要件は、例えば、DIN1946パート4およびVDI規格6022に規定されている。
細菌による空調システムおよび換気システムの汚染を防止するために、従来技術においては、これらシステムにおいて定期的に試料が採取され、細菌値の増加が検査されている。このような測定によって汚染が明らかになると、該当する換気または空調システムのメンテナンスおよび清浄化が命じられる。ただし、この手順はいくつかの欠点を有する。第1に、試料採取間の期間では、細菌による初期汚染が未発見のままになり得る。第2に、空調システムのメンテナンスおよび清浄化の即時実施が不可能な場合も多く、それによって清浄化が遅れ、感染の危険性が増す。最後に、空調および換気システムの清浄化およびメンテナンスは、専門会社によって実施されることが多く、少なからぬ時間および手間がかかり、換気または空調システムによって供給される部屋の一時的閉鎖が定期的に必要になる。この結果、手術室の24時間閉鎖が発生することもあり、それによって、例えば、不使用時間が増え、高コスト、ならびに容量不足を招く。
この背景に対して、本発明は、上記の諸問題を少なくとも部分的に克服できる換気システムを提供するという目的に基づく。
この目的は、空気流を移送し、通常運転中に部屋に供給するための配管系の出口からこの空気流を提供するべく構成された配管系を有する換気システム、特に空調システム、の場合、本発明によると、清浄化運転中に活性酸素種を生成して配管系内を移送される空気流に生成された活性酸素種を送り込むべく構成された生成ユニットを有する換気システムによって少なくとも部分的に達成される。
また、上記の目的は、空気流が配管系内を移送され、通常運転中に部屋に供給するための出口から提供され、特に部屋に送り込まれ、清浄化運転中に生成ユニットによって活性酸素種が生成され、配管系内を移送される空気流に生成された活性酸素種が送り込まれる、上記の換気システム、特に空調システム、の運転方法によって達成される。
換気または空調システムの衛生および運転は、活性酸素種を生成するための生成ユニットをこのような換気または空調システムに直接組み込むことによって改良可能であることが分かった。これにより、細菌による汚染が排除されるように、またはそもそも発生し得ないように、換気または空調システムの定期的消毒を、または滅菌さえも、行える。
DIN−EN−1040によると、消毒とは、バクテリアの場合は少なくとも5常用対数レベル、ウイルスの場合は少なくとも4常用対数レベル、細菌数を減少させることと理解される。DIN−EN−556によると、滅菌とは、細菌数を少なくとも6常用対数レベル(ウイルスおよびバクテリアの場合)減少させることと理解される。
換気システムは、空気流を移送するべく構成された配管系を有する。このような配管系は、一般に、複数の管を備え、これら管によって、空気流を1つの場所から、例えば空調システムの熱交換器から、中央給気源から、または、例えば建物の外面に設けられた、吸気口から、別の場所に、特に、空気流が供給される部屋内に開口した出口開口に、移送することができる。配管系は、空気流を配管系内に発生させる、または維持する、ために、ロータまたはノズルなどの空気推進手段を更に有することができる。
配管系は、通常運転中に部屋に供給するための配管系の出口から空気流を提供するべく更に構成される。この目的のために、配管系は、一般に、出口開口を有し、これによって配管系を供給対象の部屋内の該当する貫通孔、例えば部屋の壁に設けられた換気口、に取り付けることができる。通常運転とは、この場合、換気または空調システムの通常の換気用の運転または空調用の運転であると理解されたい。
換気システムは、清浄化運転中に活性酸素種を生成するべく構成された生成ユニットを有する。この場合、清浄化運転とは、換気システムの通常運転に代わる運転モードであって、換気システムを清浄化、消毒、または滅菌するよう機能するモードであると理解されたい。
活性酸素種(ROS:Reactive Oxygen Species)とは、微生物に対して有害な影響を有する、したがって消毒および滅菌に適した、酸素の活性形態であると理解されたい。活性酸素種の一般的な例は、スーパーオキシドアニオン(O )、スーパーオキシドアニオンラジカル(O)、ヒドロキシラジカル(HO・)、ヒドロペルオキシドラジカル(HOO・)、ペルオキシラジカル(ROO・)、アルキルラジカル(RO・)、過酸化水素(H)、ヒドロペルオキシド(ROOH)、オゾン(O)、ヒポクロライトアニオン(OCl)、一重項酸素()、またはNO 、NO、などの窒素化合物である。清浄化運転中、良好な消毒および滅菌効果を有する過酸化物およびオゾンが活性酸素種として主に生成されることが好ましい。
この場合に使用される用語「微生物」は、厳密な意味での微生物のほか、遺伝物質を増殖させ得る、または伝え得る、細胞性または非細胞性生体物質を更に含む。また、CEN12740によると、感染およびアレルギーを引き起こし得る、または有毒作用を有する、生体物質も含まれる。これらの定義によると、ウイルス、ウイロイド、寄生虫、多細胞動植物生体から成る細胞、プリオン、およびプラスミドも微生物という用語の下に含まれる。
生成ユニットを換気システムに組み込むことによって、これら活性酸素種を所望量だけ直接生成できる。これは、必要時に活性酸素種を用意および放出することに比べ、特に好都合である。その理由は、消毒または滅菌に特に有効な酸素種は半減期が短く、貯蔵中、活性度がより低い種に素早く変化するからである。特に、生成ユニットの数および位置の両方の適合化が可能であることによってROSの伝搬が最適に行われるように換気システムを構成できる。これにより、ROSの局所的および最適な伝搬が保証される。
換気システムの、およびその運転方法の、さまざまな実施形態について以下に説明する。個々の実施形態は、換気システムおよび方法の両方に適用可能である。個々の実施形態を互いに組み合わせることもできる。
第1の実施形態によると、換気システムは、清浄化運転中に配管系内を移送される空気流中の活性酸素種の濃度が少なくとも7g/m、好ましくは少なくとも10g/m、になるように、生成ユニットを制御するべく構成された制御部を有する。制御部は、清浄化運転中に配管系内を移送される空気流中のオゾン濃度が少なくとも7g/m、好ましくは少なくとも10g/m、になるように、生成ユニットを制御するべく構成されることが好ましい。活性酸素種の濃度、または特にオゾンの濃度、が少なくとも7g/mであると、換気システムを十分に消毒できることが分かった。活性酸素種またはオゾンの濃度が少なくとも10g/mであると、換気システムを十分に滅菌できる。
別の実施形態によると、換気システムは、清浄化運転時に予め指定された時点において、および/または予め指定された期間にわたって、換気システムを作動させるべく構成された制御部を有する。例えば、換気システムの清浄化および滅菌が毎晩行われ、これにより、清潔で運転準備が整った換気システムが翌朝に利用可能になるように、換気システムを、例えば夜間に1時間、作動させるべく制御部を構成できる。これにより、換気システムを低メンテナンスで円滑に運転できる。また、本換気システムによって供給される部屋が使用不能になる期間を回避できる。
別の実施形態によると、制御部は、清浄化運転中に生成ユニットを段階的に作動させるべく構成される。段階的作動とは、清浄化運転全体にわたって生成ユニットが活性酸素種を生成するのではなく、清浄化運転は生成ユニットが活性酸素種を一切生成しない減衰期間を少なくとも1つ、好ましくは複数、更に含むものと理解されたい。各活性酸素種は特定の寿命を有し、その寿命を過ぎるとその濃度が有効な消毒のためには最早十分でなくなる程度まで変換または形質転換されることが判明している。したがって、清浄化運転全体にわたって生成ユニットを作動させる必要がないので、エネルギーコストの節減が可能である。
清浄化運転は、生成ユニットを用いて活性酸素種が生成される起動期間を複数有し得ることが好ましい。これら起動期間は、更なる活性酸素種が生成されない減衰期間によって中断される。例えば、起動期間が何れの場合も10分であり、それに続く減衰期間が何れの場合も20分であった複数の試験において、消毒運転のために常に十分な活性酸素種の濃度が実現された。
別の例示的実施形態によると、配管系は空気供給モードと空気循環モードの間で切り換え可能であり、空気供給モード時の配管系は、配管系内を移送される空気流を部屋に供給するための出口から提供するべく構成され、空気循環モード時の配管系は、配管系内を移送される空気流を配管系内で循環させるべく構成される。本方法の対応する一実施形態において、清浄化運転中、空気流は配管系内を循環される。換気システムは、清浄化運転中に配管系を空気循環モードに切り換えるべく構成された制御部を有することが好ましい。
活性酸素種で強化された空気流を配管系から出さずに配管系内で循環させることによって、換気システムおよび空調システムを特により効果的に清浄化できることが判明した。これにより、一方では、清浄化運転の継続時間または起動期間の継続時間を短縮でき、他方では、配管系から活性酸素種、特にオゾンが抜け出ることを防止し、これにより、供給対象の部屋における健康被害または匂いの汚染が防止される。
空気供給モードと空気循環モードの間で切り換えるために、配管系は、例えば、配管系内を移送される空気流を異なる管区間を通して移送させるための、閉鎖可能な開口または弁など、制御可能な空気案内要素を有することができる。これにより、特定の空気案内要素の開閉によって、配管系を空気供給モードと空気循環モードの間で交互に切り換えることができる。
あるいは、清浄化運転を空気供給モードで作動させることもできる。換気システムが、例えば、出口に加え、入口も有し、この入口が供給対象の部屋から空気流を吸い出すべく構成される場合は、活性酸素種で強化された空気流の循環流を供給対象の部屋を介して閉じることもできるので、空気流は配管系から出口を通って供給対象の部屋に入り、そこから入口を通って再び配管系に入る。これにより、供給対象の部屋、例えば建物の部屋、特に手術室、隔離病棟(隔離ユニット)の強制隔離室、無塵室、または実験室、あるいは密閉された装置の内部、例えば、実験装置の(特に細胞および組織培養のためのインキュベータの)内部、または家庭用電化製品の(特に冷蔵庫等の)内部なども、特に少なくとも部分的に消毒、または滅菌さえ、可能である。
別の実施形態によると、添加剤を生成ユニットに送り込むべく構成された給送部が生成ユニット上に設けられる。特に、この給送部は、水もしくは蒸気または別の添加剤を、例えば粉末として、またはエアロゾルとして、生成ユニットに送り込むべく構成され得る。生成ユニットの作動中に生成される活性酸素種の種類、量、および/または分散は、給送部によって左右され得る。
別の実施形態によると、生成ユニットは、作用ガス中の放電によって、好ましくは誘電体バリア放電によって、活性酸素種を生成するべく構成される。このような放電によって活性酸素種を必要時に十分な濃度で生成可能であるので、電源に加え、生成ユニットを作動させるための複雑なインフラストラクチャを必要としない。誘電体バリア放電は、活性酸素種を生成するために特に適していることが実証された。この場合、高周波高電圧が2つの電極間に印加され、これら電極間に配置された誘電体が電極間の直接放電を妨げる。
別の実施形態によると、換気システムは、配管系内を移送される空気流のオゾン濃度を、好ましくは0.1ppm未満に、低下させるべく構成されたオゾン濃度低下装置を備える。このオゾン濃度低下装置として、1つ以上のセラミックフィルタおよび/または活性炭フィルタを設けることができる。
更に、大気圧プラズマ噴射を発生させるためのプラズマノズルもオゾン濃度低下装置として可能である。したがって、1つの実施形態によると、換気システムは、大気圧プラズマ噴射を発生させるためのプラズマノズルを備える。このプラズマノズルは、作用ガス中で2つの電極間に高周波高電圧を印加してアーク放電を発生させることによってプラズマ噴射を発生させるべく構成される。配管系およびプラズマノズルは、配管系内を移送される空気流を作用ガスとしてプラズマノズルに送り込めるように構成される。
高周波高電圧とは、一般には、周波数が1〜350kHz、好ましくは1〜100kHz、特に好ましくは10〜100kHz、特に10〜50kHz、の1〜100kV、特に1〜50kV、好ましくは10〜50kV、の電圧であると理解されたい。高周波高電圧は高周波交流電圧とすることができるが、パルス直流電圧とすることもできる。
このように発生させた大気圧プラズマ噴射は、比較的低温において高い活性度を有する。また、このように発生させたプラズマ噴射は極めて低いオゾン濃度を有し、このようなプラズマ噴射を発生させることによって作用ガス中のオゾン濃度を低下させることが可能であることが認識された。
したがって、上記の各実施形態では、オゾン濃度低下装置によって、特にセラミックフィルタおよび/または活性炭フィルタおよび/またはプラズマノズルによって、配管系内を移送される空気流中のオゾン濃度を狙いどおりに低下させることができる。その結果、清浄化運転の最後に換気システム内のオゾン濃度を特定の閾値未満に、特に0.1ppm未満のオゾン値に、低下させることができるので、以降の通常運転において、供給対象の部屋内に放出されるオゾンに起因する不快な匂いおよび健康被害が減る。
オゾン濃度の効果的な低下は、特に、プラズマ噴射と少なくとも1つのセラミックフィルタおよび/または活性炭フィルタとの組み合わせによって実現可能である。したがって、換気システムは、プラズマノズルおよび1つ以上のセラミックフィルタおよび/または活性炭フィルタの両方を備えることが好ましい。
別の実施形態によると、換気システムは、清浄化運転の最後にオゾン濃度低下装置、特にプラズマノズル、を予め指定された期間作動させるべく構成された制御部を有する。本方法の対応する一実施形態によると、清浄化運転の第1の期間中、生成ユニットによって活性酸素種が生成され、配管系内を移送される空気流に送り込まれ、清浄化運転の第2の期間中、配管系内を移送される空気流は、その少なくとも一部が、オゾン濃度低下装置、特に、大気圧プラズマ噴射を発生させるためのプラズマノズル、に作用ガスとして供給される。
これにより、清浄化運転の最後に換気システム内のオゾン濃度が低下することが保証される。生成ユニットは清浄化運転の最後に予め指定された期間オフに切り換えられて、新しいオゾンが生成ユニットによって生成されないことが好ましい。この予め指定された期間は、3〜20分、好ましくは5〜10分、の範囲内の時間幅を含むことが好ましい。
別の実施形態によると、換気システムは空調システムとして設計され、通常運転中に配管系内を移送される空気流を冷却するべく構成された熱交換器を有し、生成ユニットは、この生成ユニットによって生成された活性酸素種が熱交換器に到達するように配置および構成される。
空調システムの場合、細菌による汚染の危険性は熱交換器の領域で特に高い。その理由は、熱交換器は熱伝達を向上させるために表面積が大きく、細菌による汚染を特に受け易いからである。特に、このような熱交換器は、表面積が大きい、フィンなどの冷却要素を一般に有する。
したがって、生成ユニットは、生成ユニットによって生成された活性酸素種が特に熱交換器の冷却要素またはフィンの領域に到達するように、配置および構成されることが好ましい。生成ユニットは、清浄化運転時に熱交換器の領域において、特に冷却要素またはフィンの領域において、活性種、特にオゾン、の濃度が少なくとも7g/m、好ましくは少なくとも10g/m、になるように、配置および構成されることが更に好ましい。
別の実施形態によると、換気システムは、清浄化運転中に活性酸素種を生成して配管系内を移送される空気流に生成された活性酸素種を送り込むべく構成された生成ユニットを複数有し、換気システムは、清浄化運転中にこれら生成ユニットを交互に作動させるべく構成された制御部を有する。
複数の生成ユニットを設け、その結果として活性酸素種が分散して生成されることによって、清浄化運転中の配管系全体における活性酸素種、特にオゾン、の濃度を十分に高く、好ましくは少なくとも7g/mに、更に好ましくは少なくとも10g/mに、することができる。特に、この実施形態は、複数の空気流または複数の空気流用経路が存在する、複数部分から成る配管系に適している。
これら生成ユニットを交互に起動することによって、換気システムの運転に必要な電力を低減できる。何れの場合も単一、または少数、の生成ユニットを同時に起動することによって、これら生成ユニットの運転に必要な電力は、単一の生成ユニットの入力電力の、生成ユニットの数に対応する、倍数より少なくなる。これにより、これら生成ユニットへの供給用に設けられる電源ユニットを小型化できるので、換気システムのコストが削減される。
別の実施形態によると、換気システムは、換気システムの上記運転方法、またはこの方法の上記一実施形態、を実施するべく構成された制御部を有する。この場合、および本出願全体において、制御部は特に電子制御部であって、例えば、マイクロプロセッサと、複数のコマンドを有する対応付けられたメモリとを備え、プロセッサによってこれらコマンドが実行されることによって、規定された制御の実行、特に上記方法またはその一実施形態の実行、が引き起こされると理解されたい。この換気システムは、このような制御部によって大幅に自動化可能であるので、人間の介入またはメンテナンスは最早必要ない。これにより、特に、自動清浄化運転の実施が可能になるので、細菌による換気システムまたは空調システムの汚染の危険性が減る。
換気システムは、静止した固定位置に、例えば病院または研究所などの建物に、設置可能である。あるいは、換気システムは、例えば複数の異なる場所に設置して運転できるように、または複数の異なる部屋に取り付け可能であるように、可動式として設計することも可能である。
別の実施形態によると、配管系の出口は、部屋の換気口に取り付けられる。したがって、この実施形態は、供給対象の部屋に取り付けられた設置状態の(非可動式または可動式)換気システムに関する。この部屋は、建物の部屋、特に手術室、隔離病棟(隔離ユニット)の強制隔離室、無塵室、または実験室であることが好ましい。この部屋は、密閉された装置の内部、例えば、実験装置の(特に、細胞および組織培養のためのインキュベータの)、または家庭用電化製品の(特に、冷蔵庫等の)内部、とすることもできる。このような部屋の場合、細菌による換気システムまたは空調システムの汚損または汚染は特に危険であるので、本発明は、特にこのような部屋のために利点を提供する。また、このような部屋が使用不能になると、一般にかなりのコストが発生するので、好ましくは自動的に行われる、換気システムの清浄化運転によってメンテナンス回数を減らすと、かなりのコスト削減が可能である。特に、取り付けられた部屋の少なくとも部分的な消毒または滅菌に本換気システムを使用できる。
同様に、上記目的は、本発明によると、上記の換気システムの使用によっても、または建物の部屋、特に手術室、隔離病棟(隔離ユニット)の強制隔離室、無塵室、または実験室、あるいは密閉された装置の内部、例えば実験装置の(特に細胞および組織の培養のためのインキュベータの)、あるいは家庭用電化製品の(特に冷蔵庫等の)内部、の換気および/または空調のための上記換気システムの上記実施形態のうちの1つの使用によっても、達成される。
上記目的は、作用ガスを送り込むべく構成されたガス入口を有し、この作用ガスまたは活性酸素種を放出するべく構成されたガス出口を有する、特に上記の換気システム用の、活性酸素種を生成するための生成ユニットによって更に達成される。この生成ユニットは、生成運転中に、ガス入口から送り込まれた作用ガス中の放電によって、好ましくは誘電体バリア放電によって、活性酸素種を生成するべく構成される。この生成ユニットは、中和運転中に、ガス入口から送り込まれた作用ガス中で2つの電極間に高周波高電圧を印加してアーク放電を発生させることによって、大気圧プラズマ噴射を発生させるべく更に構成される。
このような生成ユニットは、上記の換気システムへの組み込みに特に適している。活性酸素種を生成するための生成ユニットを設置することによって、換気システムの清浄化または消毒に必要な活性酸素種をこの生成ユニットを用いて生成できる。他方、同じ生成ユニットに組み込まれた大気圧プラズマ噴射用の生成ユニットによって作用ガス内のオゾン濃度を低下させることができるので、例えば、清浄化運転の最後に、予め指定された閾値未満のオゾン濃度を実現できる。
生成ユニットの別の実施形態によると、生成ユニットは、生成運転中、ガス入口から送り込まれた作用ガス中の放電によって、好ましくは誘電体バリア放電によって、活性酸素種を生成するべく構成された第1の生成区間を有し、生成ユニットは、第1の生成区間とガス出口との間に配置された、中和運転中にガス入口から送り込まれた作用ガス中で2つの電極間に高周波高電圧を印加してアーク放電を発生させることによって大気圧プラズマ噴射を発生させるべく構成された第2の生成区間を有する。
上記の生成ユニット、またはその一実施形態は、上記の換気または空調システムの生成ユニットとして使用されることが好ましい。換気システムの制御部は、換気システムの清浄化運転の第1の期間に生成ユニットを生成運転で作動させるべく構成され、清浄化運転の第2の期間に、好ましくは清浄化運転の最後に、生成ユニットを中和運転で作動させるべく構成されることが好ましい。
本発明のその他の特徴および利点は、添付の図面を参照するいくつかの例示的実施形態の以下の説明から明らかになる。
換気システムの、およびその運転方法の、第1の例示的実施形態を概略図で示す。 換気システムの、およびその運転方法の、第2の例示的実施形態を概略図で示す。 活性酸素種を生成するための生成ユニットを略断面図で示す。 大気圧プラズマ噴射を発生させるためのプラズマノズルを略断面図で示す。 特に換気システム用の、活性酸素種を生成するための生成ユニットの一例示的実施形態を示す。 換気システムの運転方法の一例示的実施形態に対応する制御線図を示す。
図1aおよび図1bは、換気システムおよびその運転方法の第1の例示的実施形態を概略図で示す。
換気システム10は、空気流14を移送し、通常運転中に部屋18に供給するための配管系12の出口16からこの空気流14を提供するべく構成された配管系12を有する。
この目的のために、配管系12は、吸気口22から、例えば部屋18の換気口に取り付け可能な、出口16まで延びる第1の管20を備える。また、配管系12は、例えば部屋18の別の換気口に取り付け可能な、入口26から出口開口28まで延びる第2の管24を備える。
通常運転時、空気流14は、管20内に配置されたロータ(図示せず)によって吸気口22から吸い込まれ、管20内を移送され、出口16から部屋18内に供給空気として送り込まれる。また、空気流14は、管24内に配置されたロータ(図示せず)によって入口26から吸い込まれ、管24内を移送され、換気システム10から出口開口28を通って導出される。したがって、新鮮な空気を管20によって部屋18に供給でき、使用済み空気を管24によって部屋18から吸い出すことができる。
配管系12は、空気供給モード(図1a)と空気循環モード(図1b)との間で切り換え可能である。この目的のために、空気流14が配管系12内を循環できるように、配管系12は、空気流14の方向を変更できる制御可能な空気案内要素30a〜30dと接続管32a〜32bとを有する。空気案内要素30a〜30dは、例えば制御可能な弁を複数有することができ、これら弁によって第1もしくは第2の管20、24への、または接続管32a〜32bのどちらか一方への、連通路を交互に開閉できるので、第1もしくは第2の管20、24の、または接続管32a〜32bの、区間を空気流14に対して封鎖または封鎖解除できる。
図1aおよび図1bにおいて、空気案内要素30a〜30dによって空気流14に対して封鎖解除されている配管系12の区間は実線で示され、空気案内要素30a〜30dによって空気流14に対して封鎖されている配管系12の区間は破線で示されている。配管系は、空気供給モードおよび空気循環モードの両モードにおいて封鎖されない第1および/または第2の管20、24の区間内にロータを有することが好ましい。
換気システム10は、清浄化運転中に活性酸素種を生成して配管系12内を移送される空気流14に生成された活性酸素種を送り込むべく構成された生成ユニット34を更に有する。
換気システム10の場合、生成ユニット34は接続管32bに組み込まれる。
また、換気システムは制御部36を有し、これによって空気案内要素30a〜30dおよび生成ユニット34を制御できる。制御部36は、換気システム10を一方では通常運転で作動させることができるように、他方では清浄化運転で作動させることができるように、構成される。
通常運転では、空気を部屋18に供給するべく、または空気を部屋18から戻すべく、換気システム10が設定されるように、空気案内要素30a〜30dは制御部36によって図1aに示されているように切り換えられる。他方、清浄化運転では、空気流14が配管系12内を循環できるように、空気案内要素30a〜30dは制御部36によって図1bに示されているように切り換えられる。また、制御部36は清浄化運転時に生成ユニット34を起動するので、生成ユニット34は活性酸素種を生成し、循環している空気流14に生成された活性酸素種を送り込む。生成ユニット34は、空気流14中の活性酸素種、特にオゾン、の濃度が少なくとも7g/m(消毒用)または少なくとも10g/m(滅菌用)になるように、制御される。これにより、換気システム10の消毒、または滅菌さえ、行うことができる。
図2aおよび図2bは、換気システムの別の例示的実施形態を示す。この場合、換気システムは空調システムとして設計されている。換気システム50は、通常運転中に部屋58に供給するための配管系52の出口56から空気流54を提供するべく構成された配管系52を有する。
空調システムとして設計された換気システム50は、この場合、冷却用にのみ構成されている。あるいは、換気システムは、新鮮な空気を供給するべく、または使用済み空気を除去するべく、更に構成することも可能である。
配管系52は、部屋58の一換気口に取り付け可能な入口62から熱交換器64まで、更にそこから部屋58の別の換気口に取り付け可能な出口56まで延びる主管路60を備える。
通常運転時、主管路60に配置されたロータ(図示せず)によって入口62から空気流54が吸い込まれ、主管路60を通って熱交換器64に移送され、熱交換器64によって空気流54は冷却され、更に出口56から部屋58内に移送されるので、この部屋58は冷却された空気流54によって空調される。
換気システム50は、清浄化運転中に活性酸素種を生成してこの活性酸素種を空気流54に送り込むべく構成された生成ユニット66を更に有する。また、換気システム50は、生成ユニット66を制御するべく構成された別の制御部68を備える。特に、制御部68は、清浄化運転中に空気流54中の活性酸素種、特にオゾン、の濃度が少なくとも7g/m(消毒用)または少なくとも10g/m(滅菌用)になるように、生成ユニット66を作動させるべく構成される。これにより、清浄化運転時、換気システム50の消毒が、または滅菌さえ、実施される。生成ユニット66が生成した活性酸素種が消毒または滅菌に十分な濃度で熱交換器64に達し、その表面、特に熱交換器64のフィンなどの冷却要素の表面、を消毒または滅菌するように、生成ユニット66は空気流54の流れの方向に熱交換器64の上流に配置されることが好ましい。
配管系52は、空気供給モード(図2a)と空気循環モード(図2b)との間で切り換え可能であることが好ましい。この目的のために、配管系52は制御可能な空気案内要素70a〜70bと接続管72とを有し、空気流54が配管系52内を循環できるように空気案内要素70a〜70bと接続管72とによって空気流54の方向を変更できる。空気案内要素70a〜70bは、例えば、制御可能な弁を複数有することができ、これら弁によって主管路60への、または接続管72への、連通路を交互に開閉できるので、主管路60の、または接続管72の、区間を空気流54に対して封鎖または封鎖解除できる。空気案内要素70a〜70bは、制御部68によって制御される。
図2aおよび図2bにおいて、空気案内要素70a〜70bによって空気流54に対して封鎖解除されている配管系52の区間は実線で示され、空気案内要素70a〜70bによって空気流54に対して封鎖されている配管系52の区間は破線で示されている。配管系は、空気供給モードおよび空気循環モードの両モードにおいて封鎖されない主管路60の区間にロータを有することが好ましい。
通常運転時、空気案内要素70a〜70bは、制御部68によって図2aに示されているように切り換えられるので、換気システム50は部屋58を空調するべく設定される。他方、清浄化運転時、空気案内要素70a〜70bは制御部68によって図2bに示されているように切り換えられるので、空気流54は配管系52内を循環できる。また、制御部68は清浄化運転時に生成ユニット66を起動するので、この生成ユニットは活性酸素種を生成し、循環している空気流54に生成された活性酸素種を送り込む。生成ユニット66は、空気流54中の活性酸素種、特にオゾン、の濃度が少なくとも7g/m(消毒用)または少なくとも10g/m(滅菌用)になるように制御されるので、換気システム50、特に熱交換器64、の消毒を、または滅菌さえ、行うことができる。
あるいは、制御部68は、清浄化運転中に換気システム50を空気供給モード(図2a)で作動させることもできる。この場合、部屋58内を流れる空気流74によって空気流54の循環流を閉じることができる。この実施形態では、生成ユニット66が生成した活性酸素種も部屋58に入るので、これにより、部屋58を少なくとも部分的に消毒または滅菌することもできる。部屋58は、例えば、建物の部屋、特に手術室、隔離病棟(隔離ユニット)の強制隔離室、無塵室、または実験室とすることができる。部屋は、密閉された装置の内部、例えば、実験装置の(特に、細胞および組織培養のためのインキュベータの)内部、または家庭用電化製品の(特に、冷蔵庫等の)内部、または手術室の内部などとすることもでき、これらを少なくとも部分的に消毒、または滅菌さえ、できる。
図3は、活性酸素種を生成するための生成ユニット100の一例示的実施形態を示す。例えば、換気システム10および50の生成ユニット34および70は、生成ユニット100のように設計可能である。
生成ユニット100は、金属チューブの形態の外側電極102と、金属棒の形態の内側電極104とを有する。内側電極は誘電材料、例えばセラミック、から成る層106によって囲まれるので、内側電極104は外側電極102に対して電気的に絶縁される。
内側電極104と外側電極102との間に、この目的のために設けられた電圧源108によって、高周波高電圧が印加される。誘電層106のため、内側電極104と外側電極102との間の直接放電は不可能である。したがって、生成ユニット100の作動中、所謂誘電体バリア放電110が電極102、104間に発生する。
生成ユニット100は、ガス入口112を片側に有し、ここから酸素を含む作用ガス114、特に空気、が生成ユニット100に到達できる。この作用ガス114と放電110の相互作用の結果として活性酸素種が形成され、作用ガス114の残りの部分と共に、生成ユニット100のガス出口116から流出する。
空気流14または54などの空気流がガス入口112に流入するように、換気システム10または50のような換気システム内に生成ユニット100を配置できる。また、空気流をガス入口112に向けるために、ロータを設けることもできる。更に、ガス出口116から流出した活性酸素種が換気システムの配管系に、またはその中を移送される空気流に、それぞれ再び流入するように、生成ユニット100は換気システム内に配置される。
図3に示されている種類の生成ユニットを使用すると、換気システムを消毒または滅菌するために十分な量の、または十分な活性度の、活性酸素種を生成できることが確認された。
図3に示されている生成ユニット100を使用すると、他の活性酸素種に加え、少なからぬ量のオゾンも形成される。オゾンは、他の生成物に変換される前、空気中で相対的に長い半減期を有する。したがって、清浄化運転の最後に、オゾンは、換気システムによって供給された部屋内に不快な匂いおよび/または健康被害を引き起こし得る。
したがって、換気システムの、特に換気システム10および50の、別の例示的実施形態においては、大気圧プラズマ噴射を発生させるためのプラズマノズルを設けることができる。このプラズマノズル内に、換気システム内を移送される空気流、特に空気流14または54、が作用ガスとして移送される。これにより、作用ガス中の、したがって換気システム内を移送される空気流中の、オゾン濃度を好ましくは0.1ppm未満に低下させることができる。
図4は、このようなプラズマノズルの一例示的実施形態を示す。
プラズマノズル130は、金属製のノズルチューブ132を有する。ノズルチューブ132は、ノズルチューブ開口134を形成するために基本的に円錐状に先細になっている。ノズルチューブ132は、ノズルチューブ開口134とは反対側の端部に、作用ガス用の入口138が設けられた渦流装置136を有する。
渦流装置136の中間壁140は、周方向に斜めに設定された複数の穴142をリング状に有し、これら穴142を通って作用ガスは渦を巻く。したがって、作用ガスはノズルチューブ132の下流側の円錐状に先細になった部分を渦流144の形態で流れ、その中心はノズルチューブ132の長手方向軸線上を流れる。
電極146が中間壁140の下面の中心に配置され、ノズルチューブ132内に同軸に先細区間の方向に突出する。電極146は、中間壁140および渦流装置136のその他の部分に電気的に接続される。渦流装置136は、セラミックチューブ148によってノズルチューブ132に対して電気的に絶縁される。トランス150が発生させた高周波高電圧が渦流装置136を介して電極146に印加される。入口138は、特に、空気流14または54の一部がそれぞれプラズマノズル130に流入できるように、配置される。ノズルチューブ132は接地される。この印加電圧によって、アーク152の形態の高周波放電が電極146とノズルチューブ132との間に発生する。
用語「アーク」または「アーク放電」は、この場合、放電の現象学的記述として使用されている。その理由は、この放電がアークの形態で発生するからである。用語「アーク」は、他の場所では、電圧値が基本的に一定な直流電圧放電の場合の放電の形態としても使用される。ただし、この場合、用語「アーク」は、アークの形態の高周波放電、すなわち高周波アーク放電、を指す。
このアーク152は、作用ガスの渦巻流のため、渦巻の中心でノズルチューブ132の軸線上を送られるので、ノズルチューブ開口134の領域においてのみノズルチューブ132の壁に向かって分岐する。
作用ガスは、渦巻の中心の領域において、ひいてはアーク152の直近において、高い流速で回転し、アーク152に密着し、これにより、その一部がプラズマ状態に変換されるので、大気圧プラズマ噴射154がプラズマノズル130からノズルチューブ開口134を通って出る。
ガスを作用ガスとしてプラズマノズル130内に移送することによって、このガス中のオゾン濃度を大幅に低下できることが明らかになった。放電152によって作用ガスを励起することによって、オゾン分子が他の分子に変換または分解されるので、プラズマノズル130を離れるプラズマ噴射または作用ガスのオゾン濃度は、プラズマノズル130内に移送された作用ガスのオゾン濃度より低い。
したがって、図4に示されているプラズマノズル130は、清浄化運転の最後にオゾン濃度を低下させるために、ひいてはオゾンに起因する健康被害または匂いの汚染を防止するために、換気システム10または50内で好都合に使用可能である。
清浄化運転の最後にオゾン濃度を低下させるために、このようなプラズマノズルに加えて、またはその代わりに、活性炭フィルタおよび/またはセラミックフィルタ(図示せず)を換気システムに設置することもできる。
大気圧プラズマ噴射を発生させるためのプラズマノズルを生成ユニットに好都合に組み込むこともできる。図5は、このような生成ユニット170の一例示的実施形態を示す。その構造は、図3の生成ユニット100と同様である。同じ構成要素は、何れの場合も、同じ参照符号で示されている。
生成ユニット170は、内側電極104が、ガス出口116に面する端部において、誘電層106より先まで延在するという事実により、更には第1の外側電極102から絶縁体171によって電気的に絶縁され、ノズル開口をガス出口116の領域に形成するべく先細になった第2の外側電極172を有するという事実により、生成ユニット100と異なる。第2の外側電極172も電圧源108に取り付けられる。第1および/または第2の外側電極102、172は、何れの場合も、設けられたスイッチ174を介して接続される。
したがって、生成ユニット170は、活性酸素種を生成するべく構成された第1の生成区間176と、大気圧プラズマ噴射を発生させるべく構成された、図4のプラズマ噴射130に匹敵する、第2の生成区間178とを有する。第2の生成区間178によって作用ガス114中のオゾン濃度を低下させることができる。
図6は、換気システム、特に換気システム10または50、の運転方法の一例示的実施形態に対応する制御線図を示す。
この図には、換気システムの制御部によって、特に制御部36または72によって、予め指定された時点t1〜t8において切り換えられて、何れの場合も制御される換気システムの4つの状態Z1〜Z4がプロットされている。
状態Z1は換気システムの通常運転に対応し、状態Z2〜Z4は清浄化運転の複数の異なる状態に対応する。個々の状態Z1〜Z4の意味を以下に説明する。
Z1:この状態において、換気システムは通常運転で稼働しているので、配管系内を移送される空気流は部屋に供給するための配管系の出口から提供される。
Z2:この状態において、制御部は換気システムの生成ユニットを起動するので、生成ユニットは活性酸素種を生成し、換気システムの配管系内を移送される空気流に生成された活性酸素種を導入する。この状態は、起動期間とも称される。
Z3:この状態において、生成ユニットはオフに切り換えられるので、活性酸素種は最早生成されない。この状態は、減衰期間とも称される。
Z4:この状態において、換気システムに組み込まれたプラズマノズルが起動されるので、配管系内を移送される空気流のオゾン濃度が低下する。この状態において、生成ユニットは停止されていることが好ましい。
次に図6の線図は、上記状態Z1〜Z4間の換気システムの制御部の一例示的プロセスシーケンスを示す。
これによると、予め指定された時点t1において換気システムを通常運転Nから清浄化運転Rに切り換えるように、制御部を構成できる。この場合、清浄化運転は、時点t1から時点t8まで続き、例えば、1〜2時間の期間に及び得る。通常運転Nから清浄化運転への切り換えは、換気システムによって供給される部屋が使用されていないときに、例えば夜間に、行われることが好ましい。
時点t1において、制御部は配管系を空気循環モードに切り換えて空気流が配管系内を循環できるようにすることが好ましい。次に、制御部は、生成ユニットを時点t1からt7まで、好ましくは段階的に、作動させる。この場合、生成ユニットは、起動期間中(t1からt2まで、t3からt4まで、およびt5からt6まで)、それぞれ起動されているので、生成ユニットは活性酸素種を生成し、生成された活性酸素種を配管系内の空気流に導入する。また、その間の減衰期間中(t2からt3まで、t4からt5まで、およびt6からt7まで)、生成ユニットはオフに切り換えられている。
清浄化運転の終了近くに、制御部は、換気システムを中和運転に切り換える(t7からt8)。換気システム内のオゾン濃度を低下させるために、生成ユニットはオフに切り換えられ、大気圧プラズマ噴射を発生させるためのプラズマノズルはオンに切り換えられる。
時点t8における清浄化運転の最後に、制御部は換気システムを再び通常運転に自動的に切り換える。したがって、換気システムは稼働し続ける。
この運転方法により、換気システムを定期的且つ自動的に消毒または滅菌できるので、この目的のために時間がかかるメンテナンス作業が不要になる。

Claims (17)

  1. 換気システム(10、50)、特に空調システム、であって、
    − 配管系(12、52)を有し、前記配管系(12、52)は、空気流(14、54)を移送し、通常運転(N)中、部屋(18、58)に供給するための前記配管系(12、52)の出口(16、56)から前記空気流(14、54)を提供するべく構成される、
    換気システム(10、50)において、
    − 前記換気システム(10、50)は、清浄化運転(R)中に活性酸素種を生成して前記配管系(12、52)内を移送される前記空気流(14、54)に前記活性酸素種を送り込むべく構成された生成ユニット(34、66、100、170)、特に請求項17または18に記載の生成ユニットを有すること、
    を特徴とする換気システム(10、50)。
  2. 前記換気システム(10、50)は、清浄化運転(R)中に前記配管系(12、52)内を移送される空気流(14、54)中の活性酸素種、特にオゾン、の濃度が少なくとも7g/m、好ましくは少なくとも10g/m、になるように、前記生成ユニット(34、66、100、170)を制御するべく構成された制御部(36、68)を有することを特徴とする、請求項1に記載の換気システム。
  3. 前記換気システム(10、50)は、前記清浄化運転(R)時に予め指定された時点において、および/または予め指定された期間にわたって、前記換気システム(10、50)を作動させるべく構成された制御部(36、68)を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の換気システム。
  4. 前記制御部(36、68)は、前記清浄化運転(R)中に前記生成ユニット(34、66、100、170)を段階的に作動させるべく構成されることを特徴とする、請求項3に記載の換気システム。
  5. 前記配管系(12、52)は空気供給モードと空気循環モードの間で切り換え可能であり、前記配管系(12、52)は前記空気供給モードにおいて前記配管系(12、52)内を移送される空気流(14、54)を部屋(18、58)に供給するための前記出口(16、56)から提供するべく構成され、前記配管系(12、52)は前記空気循環モードにおいて前記配管系(12、52)内を移送される空気流(14、54)を前記配管系(12、52)内で循環させるべく構成されることを特徴とする、請求項1〜4の何れか一項に記載の換気システム。
  6. 前記生成ユニット(34、66、100、170)は、作用ガス(114)内の放電(110)によって、好ましくは誘電体バリア放電によって、活性酸素種を生成するべく構成されることを特徴とする、請求項1〜5の何れか一項に記載の換気システム。
  7. − 前記換気システム(10、50)は、大気圧プラズマ噴射(154)を発生させるためのプラズマノズル(130)を備え、前記プラズマノズル(130)は、作用ガス中で2つの電極間に高周波高電圧を印加してアーク放電を発生させることによって前記プラズマ噴射(154)を発生させるべく構成されること、ならびに
    − 前記配管系(12、52)および前記プラズマノズル(130)は、前記配管系(12、52)内を移送される前記空気流(14、54)が作用ガスとして前記プラズマノズル(130)に供給され得るように構成されること、
    を特徴とする、請求項1〜6の何れか一項に記載の換気システム。
  8. 前記換気システム(10、50)は、清浄化運転(R)の最後に前記プラズマノズル(130)を予め指定された時間にわたって作動させるべく構成された制御部(36、68)を有することを特徴とする、請求項1〜7の何れか一項に記載の換気システム。
  9. − 前記換気システム(10、50)は空調システムとして設計され、前記通常運転(N)中に前記配管系(12、52)内を移送される空気流(14、54)を冷却するべく構成された熱交換器(64)を有すること、ならびに
    − 前記生成ユニット(34、66、100、170)は、前記生成ユニット(34、66、100、170)によって生成された活性酸素種が前記熱交換器(64)に達するように配置および構成されること、
    を特徴とする、請求項1〜8の何れか一項に記載の換気システム。
  10. − 前記換気システム(10、50)は、清浄化運転(R)中に活性酸素種を生成して前記配管系(12、52)内を移送される空気流に前記生成された活性酸素種を送り込むべく各々構成された複数の生成ユニット(34、66、100、170)を有すること、および
    − 前記換気システム(10、50)は、清浄化運転(R)中に前記複数の生成ユニット(34、66、100、170)を交互に作動させるべく構成された制御部(36、68)を有すること、
    を特徴とする、請求項1〜9の何れか一項に記載の換気システム。
  11. 前記換気システム(10、50)は、請求項14〜16の何れか一項に記載の方法を実施するべく構成された制御部(36、68)を有することを特徴とする、請求項1〜10の何れか一項に記載の換気システム。
  12. 前記配管系(12、52)の前記出口は、部屋(18、58)の、好ましくは建物の部屋の、特に手術室の、隔離病棟の強制隔離室の、無塵室の、または実験室の、あるいは密閉された装置の内部の、特に実験装置の内部の、または家庭用電化製品の内部の、換気口に取り付けられることを特徴とする、請求項1〜11の何れか一項に記載の換気システム。
  13. 建物の部屋、特に手術室、隔離病棟の強制隔離室、無塵室、または実験室、あるいは密閉された装置の内部、特に実験装置の内部、または家庭用電化製品の内部、を換気および/または空調するための、請求項1〜12の何れか一項に記載の換気システム(10、50)の使用。
  14. 請求項1〜12の何れか一項に記載の換気システム(10、50)、特に空調システム、の運転方法であって、
    − 空気流(14、54)が前記配管系(12、52)内を移送され、通常運転中(N)に部屋(18、58)に供給するための前記出口(16、56)から提供され、特に部屋(18、58)に送り込まれ、
    − 清浄化運転(R)中に活性酸素種が前記生成ユニット(34、66、100、170)によって生成され、前記配管系(12、52)内を移送される空気流(14、54)に送り込まれる、
    方法。
  15. 前記清浄化運転(R)中に前記空気流(14、54)は前記配管系(12、52)内を循環させられることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
  16. − 前記清浄化運転(R)の第1の期間中、活性酸素種が前記生成ユニット(34、66、100、170)によって生成され、前記配管系(12、52)内を移送される空気流(14、54)に送り込まれること、および
    − 前記清浄化運転(R)の第2の期間中、前記配管系(12、52)内を移送される前記空気流(14、54)は、その少なくとも一部が、大気圧プラズマ噴射(154)を発生させるためのプラズマノズル(130)に作用ガスとして送り込まれること、
    を特徴とする、請求項14または15に記載の方法。
  17. 特に請求項1〜12の何れか一項に記載の換気システム(10、50)用の、活性酸素種を生成するための生成ユニット(34、66、170)であって、
    − 作用ガス(114)を送り込むべく構成されたガス入口(112)を有し、
    − 前記作用ガス(114)または前記活性酸素種を放出するべく構成されたガス出口(116)を有し、
    − 前記生成ユニット(34、66、170)は、生成運転中、前記ガス入口(112)から送り込まれた作用ガス(114)中の放電(110)によって、好ましくは誘電体バリア放電によって、活性酸素種を生成するべく構成される、
    前記生成ユニット(34、66、170)において、
    − 前記生成ユニット(34、66、170)は、中和運転中、前記ガス入口(112)から送り込まれた前記作用ガス(114)中で2つの電極(104、172)間に高周波高電圧を印加してアーク放電を発生させることによって、大気圧プラズマ噴射(154)を発生させるべく更に構成されること、
    を特徴とする生成ユニット(34、66、170)。
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