WO2004028668A9 - Lufttransport- und/oder aufbereitungsanlagen mit katalytisch beschichteten oberflächen luftberührender flächen - Google Patents

Lufttransport- und/oder aufbereitungsanlagen mit katalytisch beschichteten oberflächen luftberührender flächen Download PDF

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Rainer Klein
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Hanns Rump
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Definitions

  • DE 100 13 841 specifies a method for keeping the ozone and ion production constant with the aid of an electrical control circuit. Because ozone and ion production is subject to a wide variety of influences and also because during long-term operation the electrical and mechanical values of the ozone and ion Change production used assemblies. This has an advantageous effect on ozone and ion production, so that no constant conditions can be achieved without the use of this invention, which is of concern with the known toxicity of ozone.
  • DE 196 51 403.7 proposes an ozone and ion generator in the flow direction upstream of the evaporator in air conditioning systems, e.g. Motor vehicles, buildings or compact air conditioning systems to arrange an ozone and ion source and to flow around the humid evaporator with ozone and air ions.
  • air conditioning systems e.g. Motor vehicles, buildings or compact air conditioning systems to arrange an ozone and ion source and to flow around the humid evaporator with ozone and air ions.
  • ozone dissolves in the water on the surface of the evaporator and forms hydro radicals, which have an extremely bactericidal and fungicidal effect and have been tested and reliably prevent any biological activity on the surface of the evaporator.
  • a catalyst is proposed which breaks down excess ozone into normal diatomic oxygen. This invention is advantageous for the safe, sterile operation of air conditioning systems of all kinds, in particular those in motor vehicles.
  • DE 199 33 180.4 it was proposed in DE 199 33 180.4 to arrange the ozone and ion source in front of the air inlet and in front of the air filter.
  • This air filter is equipped in such a way that excess ozone is catalytically broken down.
  • DE 101 03 905.0 proposes to enrich the air with ozone and oxygen ions in a tumble dryer, with the result that germs and odor-carrying substances in the (moist) laundry are killed.
  • the complex mechanism of action and in particular the action of ozone dissolved in water (hydroradicals are formed) has been described in more detail.
  • the effect is primarily based on the oxidative chemical effect of the three-atom and one-atom ozone.
  • the proposed solutions to problems make the handling of ozonization devices safer and more predictable. Due to the need to adjust the ozone concentration in the blown air to one of the American Environmental Protection Agency (US-EPA / Environment Protection Agency) and the DIN / EN standard EN 60335-2-65; (1995) to limit the mandatory value so that an ozone level of more than 50ppb can never arise in the rooms thus ventilated, the patent application presented here deals with the beneficial effects of ionized air ions and the technical and safe use of active oxygen ions Compliance with the required limit values.
  • both ions and ozone are formed.
  • the chemical reactivity of ozone is higher than the chemical reactivity of oxygen ions.
  • the usefulness of airborne oxygen ions has been described in numerous works and is a principle of nature for cleaning the air from particles as well as for sterilizing air and surfaces.
  • the ozone added to the air flow to be treated must be destroyed before it reaches breathing air. According to the state of the art, this is done by activated carbon filters. It is known to provide filters with chemical admixtures that react chemically with gases that are contained in the air. For example, sodium bicarbonate can chemically bind acidic air components such as sulfur dioxide.
  • the present invention deals with the problem of improving the efficiency of the catalytically active filter system.
  • Oxidizable substances (such as C ⁇ Hi ⁇ ) adsorb on surfaces, accumulate to reactive concentrations and, in ideal cases, react with active oxygen to give 8 (CO 2 ) and 8 (H 2 O).
  • the reaction takes place in particular on the surface of the sorption catalyst arranged in the flow direction after ozonization, which is usually an activated carbon filter.
  • Active oxygen and ozone dissolve in the water stored in the sorption catalyst / filter and form hydrogen peroxide H 2 0 2 and oxygen radicals.
  • Oxygen radicals react violently with oxidizable substances and are extremely bactericidal and fungicidal (concentrations of 1-5ppm active oxygen dissolved in water are sufficient).
  • the half-life of oxygen radicals stored in the sorption catalyst can be up to a few days. Contamination of the A-carbon filter is reliably prevented and airborne bacteria and germs are destroyed. This is because the chemical oxidation process continues even after the ozone supply has ended.
  • Moisture present on the surface forms hydroradicals.
  • Intermediate steps stands for the highly radical monatomic oxygen ions, the reactivity of which is once again greater by a factor of 1000 than that for the atomic oxygen ions.
  • Germs, protein residues and odor-carrying chemical substances (organic substances) attached to the sorption catalyst are advantageously oxidatively destroyed or denatured.
  • the sorption catalyst remains permanently hygienic and olfactory.
  • catalytically active substances can be mixed with the activated carbon and can be used together as filter material. It is also possible to have catalytically active on the upstream side of the activated carbon filter Apply material as a layer. Finally, it is possible to apply a layer of the catalytically active material on the outflow side of the activated carbon filter.
  • Salts or oxides or compounds of these substances have also been tested as catalytically active, for example
  • Non-noble metals are also catalytically active if chemical energy in the form of e.g. Ozone is supplied and the reactions supported:
  • Titanium and titanium dioxide have catalytically good properties.
  • titanium dioxide (Ti0 2 ) is applied to a suitable carrier as a gas-permeable coating on the outflow side of an activated carbon filter.
  • the catalytic activity of titanium dioxide is stimulated by the chemical energy that is inherent in ozone and air ions.
  • Oxidizable material such as odor-bearing gases or vapors as well as organic material such as bacteria and viruses are advantageously destroyed on the surface of the catalyst.
  • Gases such as nitrogen oxides, sulfur dioxide, phosphorus dioxide and other reducible gases are reduced catalytically.
  • the ozone content in the air is reduced to an innocuous minimum. Since the titanium dioxide used in the example works as a catalyst and is not involved in the chemical process itself, there is no wear that shortens the life of the sorption catalyst. Rather, the outflowing air maintains its neutral character.
  • FIG. 1 shows an example of a typical air treatment system, such as that used in vehicles, in compact air treatment devices and in building air conditioning systems Commitment comes.
  • a pre-filter 1 is shown, which retains dusts and particles.
  • the particle filter plays no role in the functional context of this invention.
  • an air-promoting blower 2 is shown, which of course can be arranged elsewhere within the functional series.
  • the ozone and ion generator 3, which enriches the air with a certain amount of ozone, is also shown. Concentrations between 50-200 ⁇ g / m 3 are typical for applications in the field of air treatment.
  • an activated carbon filter 4 is shown, which also serves here as an ozone destroyer and as a simple catalyst and is therefore called “sorption catalyst”.
  • FIG. 2 shows an identical structure in principle, but supplemented by the catalyst 5.
  • the catalyst 5 in one embodiment of the invention consists of catalytically active material, such as titanium dioxide (TiO 2 ).
  • the catalyst can be applied to its own, air-permeable carrier layer and can be attached as a separate component behind the activated carbon sorption catalyst 4.
  • the catalyst 5 can also be applied in an adhesive manner on the outflow side of the sorption catalyst 4.
  • the catalyst 5 - not shown in the picture - can be contained in the activated carbon sorption catalyst 4 as a mixture of the activated carbon.
  • the catalyst 5 can - not shown in the figure - be adhered to the upstream side of the activated carbon sorption catalyst 4 or can be arranged as a separate component on an air-permeable carrier layer in front of the active sorption catalyst.
  • the aim is to maximize the depletion of natural ozone and to maximize the useful processes taking place in conjunction with ozone and air constituents and to optimize the service life of the filters.
  • activated carbon filters for air treatment tasks of all kinds with catalytically active substances in the sense of the invention presented here, in order to improve the efficiency of the filters compared to oxidizable air components beyond the pure absorption of the activated carbon and to oxygen radicals in the breathing air destroy reliably.
  • a catalytically active material for example titanium dioxide
  • air conditioning systems which can be located, for example, in buildings, in compact devices or in automobiles.
  • a small amount of ozone is added to the airflow that is directed to the evaporators. If ozone comes into contact with the catalyst, the chemical reactions described above intensify. This makes it possible to effectively prevent the known dangerous and unpleasant contamination of the evaporator with the help of gassing with ozone and active oxygen ions in a very low concentration.
  • the ozone contained in the supplied air is broken down on the surface of the fumigated evaporator and thus extracted from the air.
  • the evaporator itself works here in the function of the sorption catalyst described above.
  • climate channels from the inside with, for example, titanium dioxide, because the surfaces of climate channels adsorb air constituents. If small amounts of air ions and / or ozone are introduced into the climate channels at the same time, they will also adsorb on the surfaces.
  • the chemical reaction described above sets in and is catalytically strengthened, with the result that the transported air is free of ozone, oxidizable gases and vapors and of bacteria, viruses, fungi and their spores. This would make an important contribution against the so-called "sick building syndrome".
  • the invention extends not only to the aforementioned examples, but is used wherever, in the interaction of air, ozone, air ions and air constituents such as gases, vapors, bacteria, viruses, fungi, spores, to improve the efficiency of the reaction mechanisms described in principle is.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt spezielle Katalysatoren und Filter für Luftaufbereitungsanlagen, in welchen insbesondere Ozon und/oder Luftionen der zu bearbeitenden Luft zum Zwecke der oxidativen Vernichtung von organischen Luftinhaltstoffen und von Bakterien zugemischt werden. Katalytische Beschichtungen von luftberührenden Oberflächen verstärken den Abbau von Ozon, Geruchsstoffe und Bakterien. Aktivkohlefilter erhalten mit zusätzlicher katalytischen Ausrüstungen einen erhöhten Wirkungsgrad beim Abbau von Ozon und bei der oxidativen Vernichtung von oxidierbaren Gasen und Dämpfen sowie von organischem Material. Die Erfindung beschreibt technische Ausformungen.

Description

Lufttransport- und/oder Aufbereitungsanlagen mit katalytisch beschichteten Oberflächen luftberührender Flächen
Es besteht vielfach der Wunsch, in Belüftungsanlagen von Gebäuden, Fahrzeugen, Klimageräten und Kraftfahrzeugen als auch in kompakten Luftaufbereitungs- und Luftkonditionierungsanlagen die Luft nicht nur von Stäuben und Partikeln zu befreien, sondern auch von Gerüchen und vor allem von Keimen ( Bakterien und Pilzen) zu befreien. Die (im Betrieb feuchte) Oberfläche des Verdampfers als auch eingesetzte Filter in Fahrzeugen mit Klimaanlagen sind Nährboden für Keime und Pilze aller Art. Die vom Luftstrom abgerissenen und in die Kabine bzw. in Räume getragenen Bakterien, Pilze und Keime sowie die Stoffwechselprodukte der Bakterien, Pilze und Keime sondern einen üblen Geruch ab und sind gesundheitlich bedenklich.
In DE 19543 296 ; DE 196 46 269; DE 196 51 403; DE 199 02 304; DE 199 19 623; DE 199 31 366; DE 199 33 180; DE 100 14485; DE 100 13 841; DE 100 04 326; DE 100 58 476; PCT/DE 00/ 02164; PCT/EP 01/00672; DE 101 03 905, DE 101 180 78 sind verschiedene Methoden vorgeschlagen worden, um diesen Problemen unter Einsatz von lonisations- und Ozonisierungsapparaten abzuhelfen.
In der DE 199 31 366 ist z.B. eine flache Baugruppe mit planarem Aufbau vorgeschlagen worden, die vorteilhaft und langzeitstabil Ozon und Sauerstoffionen nach dem physikalischen Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung nach Anlegen einer elektrischen Hochfrequenz-Hochspannung erzeugt.
In der DE 100 13 841 ist z.B. ein Verfahren angegeben, die Ozon und lonenprodukti- on mit Hilfe einer elektrischen Regelschaltung konstant zu halten. Weil die Ozon- und lonenproduktion verschiedensten Einflüssen unterliegt und auch weil bei Langzeitbetrieb sich die elektrischen und mechanischen Werte der zur Ozon- und lonen- Produktion eingesetzten Baugruppen verändern. Das wirkt sich vorteilhaft auf die Ozon- und lonenproduktion auf, so dass ohne Einsatz dieser Erfindung keine konstanten Bedingungen erreicht werden, was bei der bekannten Toxizität von Ozon bedenklich ist.
Aus der DE 100 58 476.4 ist bekannt, die Produktionsmenge von Ozon - und Sauerstoffionen als Funktion der Luftmenge zu begreifen und mit Signalen des die Ventilatoren steuernden zentralen Lüftungssteuergeräts so auf den Ozon- und lonenerzeuger einzuwirken, dass auch bei unterschiedlichen Luftmengen eine konstante Konzentration an Ozon und Ionen entsteht. Dies ist die Voraussetzung für eine kon- trollierte und sichere Funktion der Geräte, weil bei zu geringer Konzentration keine wesentliche Wirkung mehr besteht und weil bei zu hoher Ozonkonzentration negative Effekte auf das beteiligte Material erfolgen, ohne dass die lufttechnische Wirkung größer wird.
In der DE 196 51 403.7 ist vorgeschlagen, einen Ozon- und lonenerzeuger in Strömungsrichtung vor dem Verdampfer in Klimaanlagen von z.B. Kraftfahrzeugen, Gebäuden oder kompakten Klimatisierungsanlagen eine Ozon- und lonenquelle anzuordnen und den feuchten Verdampfer mit Ozon- und Luftionen zu umströmen. Vor allem Ozon löst sich im Wasser auf der Oberfläche des Verdampfers und bildet Hyd- roradikale, die extrem bakterizid und fungizid wirken und erprobt und sicher jegliche biologische Aktivität auf der Oberfläche des Verdampfers unterbinden. In Strömungsrichtung nach dem Verdampfer wird ein Katalysator vorgeschlagen, der überschüssigen Ozon zu normalem zweiatomigem Sauerstoff abbaut. Diese Erfindung ist vorteilhaft zum sicheren, sterilem Betrieb von Klimaanlagen aller Art, insbesondere von solchen in Kraftfahrzeugen.
Ergänzend wurde in DE 199 33 180.4 vorgeschlagen, die Ozon- und lonenquelle vor dem Lufteinlass und vor dem Luftfilter anzuordnen. Dieser Luftfilter ist so ausgerüstet, dass überschüssiges Ozon katalytisch abgebaut wird. In der DE 101 03 905.0 wird vorgeschlagen, in einem Wäschetrockner die Luft mit Ozon und Sauerstoffionen anzureichen mit dem Ergebnis, dass Keime und geruchstragende Substanzen in der (feuchten) Wäsche abgetötet werden. Der komplexe Wirkungsmechanismus und insbesondere die Wirkung von in Wasser gelöstem Ozon (Hydroradikale werden gebildet) ist näher beschrieben worden. Das Verständ- nis dieser Vorgänge ist von Bedeutung, weil Wasser sich auf allen Oberflächen und in allen Materialien befindet und dieses Wasser mit zugeführtem Ozon Hydroradikale bildet, welche extrem wirksam gegen Bakterien, Viren und Pilzen als auch Gerüchen sind. Insofern ist die Lehre der genannten Erfindung auch ganz allgemein bei Luftaufbereitungsanlagen vorteilhaft einsetzbar, weil die Oxidationskraft und damit die Bakterizidität des in Hydroradikalen abgespalteten einatomigen Sauerstoffes (Oi) sehr viel höher ist als die Oxidationskraft des Ozon O3.
In den vorgenannten Patentanmeldungen wird die Wirkung vor allem auf die oxidati- ve chemische Wirkung des dreiatomigen und einatomigen Ozon abgestellt. Die vor- geschlagenen Problemlösungen machen die Handhabung von Ozonisierungseinrich- tungen sicherer und berechenbarer. Aufgrund der Notwendigkeit, die Ozonkonzentration in der ausgeblasenen Luft auf einen von der amerikanischen Umweltbehörte (US-EPA/Environment Protection Agency) und der DIN/EN-Norm EN 60335-2-65; (1995) zwingend geforderten Wert sicher so zu begrenzen, dass niemals in den so belüfteten Räumen ein Ozon-Pegel von mehr als 50ppb entstehen kann, beschäftigt sich die hier vorgestellte Patentanmeldung mit der nützlichen Wirkung ionisierter Luftionen und der technischen und sicheren Anwendung aktiver Sauerstoffionen unter Einhaltung der geforderten Grenzwerte.
Es ist bekannt, Luft mit Hilfe hoher elektrischer Spannungen zu ionisieren. Prinzipiell entsteht dabei Ozon, wenn es zu energiereichen Entladungen im Raum kommt (Stoßionisation). Die Ionisation erfolgt zumeist mit der Methode der Koronarentladung (Spitzenentladung). Dabei ragen feine Spitzen in den Luftraum, die an eine Hochspannungsquelle angeschlossen sind. Diese Spitzen können auch zu Bündeln zusammengefasst werden, die feinen Pinseln ähneln. Als Materialien sind Metallnadel, Metallfäden, und neuerdings auch elektrisch leitfähige Kunststoffe bekannt. Vor allem luftgetragene Partikel aller Art werden bevorzugt ionisiert und tragen insofern eine negative elektrische Ladung. Diese elektrische Ladung veranlasst die ionisierten Partikel sich auf Oberflächen (Abscheide-Elektrode) abzulagern um dort das überschüssige Elektron abzugeben. Vom Ergebnis her kommt es zu einer Befreiung der Luft von Partikeln und Keimen, was in sogenannten elektrostatischen Luftaufberei- tungsgeräten und Entstaubungsanlagen seit Jahrzehnten industriell ausgenutzt wird.
Bei Apparaten nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung, wie zum Beispiel bei der seit 1857 (Analen der Physik) bekannten Siemensröhre oder bei dem in DE 199 31 366 beschriebenen Flachmodul, entstehen sowohl Ionen als auch O- zon. Die chemische Reaktivität von Ozon ist höher als die chemische Reaktivität von Sauerstoffionen. Die Nützlichkeit luftgetragener Sauerstoffionen ist in zahlreichen Arbeiten beschrieben worden und ein Prinzip der Natur zur Reinigung der Luft von Partikeln als auch zur Sterilisierung von Luft und von Oberflächen.
Da in der Natur unter Einwirkung von ionisierendem ultravioletten Sonnenlicht stets sowohl ein- und dreiatomiges Ozon als auch zweiatomige Sauerstoffionen entstehen, liegt es nahe, dieses hochwirksame und nützliche Prinzip der Natur technisch zur Aufbereitung von Luft auszunutzen.
In jedem Fall muss das dem zu behandelnden Luftstrom zugemischte Ozon vernichtet werden, bevor er Atemluft erreicht. Dies erfolgt dem Stand der Technik nach durch Aktivkohle-Filter. Es ist bekannt, Filter mit chemischen Beimengungen zu versehen, welche chemisch mit Gasen reagieren, welche in der Luft enthalten sind. Etwa kann Natriumbicarbonat saure Luftbestandteile wie etwa Schwefeldioxid che- misch binden.
Die hier vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, den Wirkungsgrad des katalytisch wirksamen Filtersystems zu verbessern.
Der grundsätzliche Wirkungsmechanismus/Chemismus für Luftaufbereitungsgeräte mit Ozon funktioniert in mehreren Phasen. Reaktionen des Ozons mit anderen Sub- stanzen in der Gasphase erfolgen aufgrund der geringen Konzentration nicht oder kaum.
Oxidierbare Substanzen (etwa CβHiβ) adsorbieren an Oberflächen, reichern sich zu reaktionsfähigen Konzentrationen an und reagieren dort mit aktivem Sauerstoff prin- zipiell im Idealfall zu 8(CO2 ) und 8(H2O). Die Reaktion erfolgt insbesondere auf der Oberfläche des in Strömungsrichtung nach der Ozonisierung angeordneten Sorbti- onskatalysators, welcher zumeist ein Aktivkohle-Filter ist.
Aktiver Sauerstoff und Ozon lösen sich im im Sorbtionskatalysator/Filter eingespei- chertem Wasser und bilden Wasserstoffperoxid H202 und Sauerstoffradikale. Sauerstoffradikale reagieren heftig mit oxidierbaren Substanzen und sind extrem bakterizid und fungizid (Konzentrationen von 1-5ppm im Wasser gelöster aktiver Sauerstoff reicht aus). Die Halbwertzeit von im Sorbtionskatalysator eingespeicherten Sauerstoffradikalen kann bis zu einigen Tagen betragen. Verkeimung des A-Kohlefilters wird sicher verhindert und luftgetragene Bakterien und Keime werden vernichtet. Denn der chemische Oxidationsprozess wird auch nach Beendigung der Ozon- Zuführung fortgesetzt.
Sowohl eingespeicherte oxidierbare Gase oder Dämpfe als auch adsorbierte Bakteri- en und Pilze werden abgebaut bzw. finden kein Milieu zur Verbreitung. Die in der A- Kohle (Sorbtionskatalysator) eingespeicherte Feuchte spielt eine große, bisher wenig beachtete Rolle. In Rohrleitungen und Luftkanälen kommt es zu vergleichbaren Sorb- tions- und damit Agglomerationseffekten auf den Oberflächen. Es kommt zu lokal sehr hohen Konzentrationen beider Fraktionen, was eine chemische Reaktion zwi- sehen aktiven Sauerstoff-Ionen und oxidierbaren Gasen oder Dämpfen ermöglicht. (VOC = volatile organic compounds )
Es ist bekannt, dass aktive Sauerstoff-Ionen gemeinsam mit der im Filter bzw. auf
Oberflächen vorhandenen Feuchte (das sind auf der gesamten Oberfläche der A- Kohle jeweils einige Molekül-Lagen) Hydroradikale bildet. Über Zwischenschritte ent- steht das hochradikale einatomige Sauerstoff-Ionen, dessen Reaktivität noch einmal um den Faktor 1000 größer ist das dreiatomige Sauerstoff-Ionen.
Dieser Reaktionsmechanismus spielt sich auf der Oberfläche des Katalysators bzw. den Oberflächen der Luftkanäle ab und ist der Grund, dass mit relativ viel geringeren Konzentrationen aktiver Sauerstoffionen gearbeitet werden kann, als es rein stöchi- ometrisch Betrachtungsweisen nahe legen. Ein Teil des Ozon löst sich im Wasser, welches praktisch überall auf allen Oberflächen enthalten ist, etwa in Aktiv-Kohle- Luftfiltern ( max. 4,94ml ( entspricht ca. 10mg ) Ozon löst sich in 1000ml Wasser ).
Dabei bilden sich hochreaktive Hydroradikale ( OH ) oder Hydroperoxiradikale (02H):
I . Stufe O3 — ► O(1 D) +O2
2. Stufe J
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+. U π /U"» k r r UMπ l_+ι_fUIπJ
3. Stufe OH +O3 - H2= +O2
Bei der nachfolgenden Oxidation werden in mehrstufigen Reaktionen unter Bildung sogenannter Peroxyradikale 02R ( R = organischer Rest ) organische Verbindungen immer weiter oxidiert, Bakterien und Viren werden vernichtet bzw. biologisch passi- viert / denaturiert.
Vorteilhaft werden am Sorbtionskatalysator angelagerte Keime, Eiweißreste und geruchstragende chemische Substanzen (organische Substanzen ) oxidativ vernichtet oder denaturiert. Der Sorbtionskatalysator bleibt dauerhaft hygienisch und olfakto- risch einwandfrei.
Die vorgenannten Effekte verstärken sich nachhaltig, wenn zusätzlich oder ergänzend oder alternativ zur Aktivkohle katalytisch wirksame Substanzen verwendet werden. Grundsätzlich können katalytisch wirksame Substanzen mit der Aktivkohle vermischt werden und können gemeinsam als Filtermaterial eingesetzt werden. Es ist ebenfalls möglich, an der Anströmseite des Aktivkohlefilters katalytisch wirksamen Materials als Schicht aufzubringen. Zuletzt ist es möglich, an der Abströmseite des Aktivkohlefilters eine Schicht des katalytisch wirksamen Materials aufzubringen.
Als katalytisch wirksames Material kommen erfindungsgemäß alle Übergangsmetalle und deren Verbindungen in Frage. Als katalytisch wirksame Substanz sind weiterhin erprobt:
• Silber, Platin, Palladium, Vanadium, Wolfram
Auch Salze oder Oxide oder Verbindungen dieser Substanzen sind als katalytisch wirksam getestet, etwa
• Palladiumchlorid, Wolframtrioxid, Vanadiumtitanat.
Nicht edle Metalle sind ebenfalls katalytisch wirksam, wenn chemische Energie in Form von z.B. Ozon zugeführt wird und die Reaktionen unterstützt:
• Eisen, Nickel, Kupfer, Zinn und Zink, sowie deren chemische Verbindungen, insbesondere deren Oxide. • Titan und Titandioxid haben katalytisch gute Eigenschaften.
In einer beispielhaften Ausformung des erfindungsgemäßen Gedankens wird Titandioxid (Ti02 ) auf einem geeigneten Träger als gasdurchlässige Beschichtung auf der Abströmseite eines Aktivkohlefilters aufgebracht. Die katalytische Aktivität des Titan- dioxids wird durch die chemische Energie angeregt, welche Ozon und Luftionen in- newohnen. Oxidierbares Material wie geruchstragende Gase oder Dämpfe als auch organisches Material wie Bakterien und Viren werden auf der Oberfläche des Katalysators vorteilhaft vernichtet. Gase wie Stickoxide, Schwefeldioxid, Phosposdioxid und andere reduzierbaren Gase werden katalytisch reduziert. Der Ozongehalt der Luft wird auf ein unschädliches Minimum vermindert. Da das im Beispiel genutzte Titandioxid als Katalysator arbeitet und nicht am chemischen Prozess selbst beteiligt ist, kommt es zu keinem die Lebensdauer des Sorbtionskatalysators verkürzenden Verschleiß. Die abströmende Luft behält vielmehr dauerhaft ihren neutralen Charakter.
Figur 1 zeigt beispielhaft eine typische Luftaufbereitungsanlage, wie sie in Fahrzeugen, in kompakten Luftaufbereitungsgeräten als auch in Gebäudeklimaanlagen zum Einsatz kommt. Dabei ist ein Vorfilter 1 dargestellt, welches Stäube und Partikel zurückhält. Im Funktionszusammenhang dieser Erfindung spielt der Partikelfilter keine Rolle. Weiterhin ist ein luftförderndes Gebläse 2 dargestellt, welches selbstverständlich an anderer Stelle innerhalb der Funktionsreihe angeordnet sein kann. Der Ozon- und lonenerzeuger 3, welcher die Luft mit einer bestimmten Menge von Ozon anrei- chert, ist ebenfalls dargestellt. Typisch für Anwendungen im Bereich der Luftaufbereitung sind Konzentrationen zwischen 50-200μg/m3. Zudem ist ein Aktivkohlefilter 4 dargestellt, welches hier auch als Ozonvernichter und als einfacher Katalysator dient und aus diesem Grunde „Sorbtionskatalysator" genannt wird.
Figur 2 stellt einen prinzipiell identischen Aufbau dar, ergänzt jedoch um den Katalysator 5. Der Katalysator 5 besteht in einer Ausformung der Erfindung aus katalytisch wirksamem Material, etwa aus Titandioxid (Tiθ2). Der Katalysator kann auf einer eigenen, luftdurchlässigen Trägerschicht aufgebracht sein und als separates Bauteil hinter dem Aktivkohle-Sorbtionskatalysator 4 angebracht sein. Der Katalysator 5 kann auch haftend auf der Abströmseite des Sorbtionskatalysators 4 aufgebracht sein. Der Katalysator 5 kann - im Bild nicht gezeigt - als Gemenge der Aktivkohle im Aktivkohle-Sorbtionskatalysator 4 enthalten sein. Der Katalysator 5 kann - im Bild nicht gezeigt - haftend auf der Anströmseite des Aktivkohle-Sorbtionskatalysators 4 aufgebracht sein oder als eigenes Bauteil auf einer luftdurchlässigen Trägerschicht vor dem Aktiv-Sorbtionskatalysator angeordnet sein.
In Kraftfahrzeugen befinden sich oft sogenannte Kombinationsfilter, welche sowohl als Partikelfilter Stäube und Partikel zurückhalten als auch als Aktivkohlefilter unangenehme Gerüche - etwa Auspuffgase - zurückhalten. Auch ohne technische Ozon- quelle findet sich beim Einsatz dieser Filter bei bestimmten Wetterlagen ein natürlicher Wirkungsmechanismus, ähnlich dem, wie er vorstehend beschrieben wurde. Dies, weil die natürlicher Ozon oder eine hohe lonenzahl in der Außenluft gelegentlich in mehr oder weniger hohen, stark schwankenden und regional unterschiedlichen Konzentrationen enthalten ist. Im Falle gelegentlich auftretender höherer Ozonkon- zentrationen wirken die Aktivkohlefilter tatsächlich als Sorbtionskatalysatoren und bauen luftgetragenen Ozon ab, was der Gesundheit der Fahrzeuginsassen zugute kommt, denn Ozon ist ein Atemgift.
Erfindungsgemäß wird ergänzend vorgeschlagen, in Automobilen zum Einsatz kommenden Luftfiltern diese mit Katalysatoren im Sinne dieser Erfindung zu kombinieren. Dies mit dem Ziel, den Abbau von natürlichem Ozon zu maximieren und um die in Zusammenwirken mit Ozon und Luftinhaltstoffen stattfindenden, nützlichen Prozesse zu maximieren und um die Standzeit der Filter zu optimieren.
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, Aktivkohlefilter für Luftaufbereitungs- aufgaben aller Art mit katalytisch wirksamen Substanzen im Sinne der hier vorgestellten Erfindung zu versehen, um den Wirkungsgrad der Filter gegenüber oxidierbaren Luftbestandteilen über die reine Absorbtion der A-Kohle hinaus zu verbessern und um Sauerstoffradikale in der Atemluft zuverlässig zu vernichten.
In einer Ausführung der Erfindung wird ein katalytisch wirksames Material, zum Beispiel Titandioxid, auf der Oberfläche von Verdampfern in Klimaanlagen aufgebracht, welche sich zum Beispiel in Gebäuden, in Kompaktgeräten oder in Automobilen befinden können. Dem Luftstrom, welcher zu den Verdampfern geleitet wird, wird Ozon in geringer Menge zugesetzt. Kommt Ozon mit dem Katalysator in Berührung, setzen verstärkt die chemische Reaktionen ein, welche vorstehend beschrieben wurden. Damit ist es möglich, die bekannt gefährliche und unangenehme Verkeimung des Verdampfers mithilfe von Begasung mit Ozon und aktiven Sauerstoffionen in sehr geringer Konzentration wirkungsvoll zu unterbinden. Der in der zugeführten Luft enthaltene Ozon wird auf der Oberfläche des begasten Verdampfers abgebaut und da- mit der Luft entzogen. Der Verdampfer selbst arbeitet hier in der Funktion des vorstehend beschriebenen Sorbtionskatalysators.
Als Sorbtionskatalysatoren mit besonders geringem Strömungswiderstand sind in
DE 100 04 326 technische Einrichtungen beschrieben worden, welche großflächige und mit Aktivkohle beschichtete Platten aufweisen, welche parallel zur Strömung ausgerichtet sind. An der mit Hilfe der Aktivkohle massiv vergrößerten Oberfläche adsorbieren Luftinhaltstoffe und Bakterien, als auch Ozon. Aufgrund vorstehend beschriebenen Reaktionsmechanismen kommt es einerseits zum Ozonabbau und zur Vernichtung von VOC und Bakterien, Viren und Pilzen sowie deren Sporen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, der Aktivkohlebeschichtung mindestens eines der vorstehend beschriebenen katalytisch wirksamen Materialien hinzuzufügen. Vom Ergebnis her wird vorteilhaft erreicht, dass der Wirkungsgrad für den Abbau von O- zon als auch für die oxidative Vernichtung von VOC, Bakterien und Viren erheblich gesteigert wird.
Ferner wird vorgeschlagen, Klimakanäle von innen mit zum Beispiel Titandioxid zu beschichten, weil die Oberflächen von Klimakanälen Luftinhaltstoffe adsorbieren. Wenn gleichzeitig geringe Mengen von Luftionen und/oder von Ozon in die Klimakanäle eingebracht werden, werden diese ebenfalls an den Oberflächen adsorbieren. Die vorbeschriebenen chemischen Reaktion setzen ein und werden katalytisch ver- stärkt mit dem Ergebnis, dass die transportierte Luft frei wird von Ozon, von oxidierbaren Gasen und Dämpfen und von Bakterien, Viren, Pilzen und deren Sporen. Damit wäre ein wichtiger Beitrag gegen das sogenannte „Sick-building-Syndrom" geleistet.
Die Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die vorgenannten Beispiele sondern wird überall dort eingesetzt, wo in Zusammenwirken von Luft, Ozon, Luftionen sowie Luft- inhaltstoffen wie Gasen, Dämpfen, Bakterien, Viren, Pilzen, Sporen der Wirkungsgrad der im Prinzip vorbeschriebenen Reaktionsmechanismen zu verbessern ist.

Claims

Patentansprüche
1. Luftaufbereitungs- und Luftförderanlage, bestehend aus Transportkanal für Luft, Gebläse zum Transport der Luft, Ein- und Auslass für Luft, wobei technische Einrichtungen zur Erzeugung von Luftionen und/oder Ozon und deren Einleitung in den Luftstrom vorhanden sein können, wobei technische Einrichtungen zum Kühlen, Heizen oder Befeuchten der Luft vorhanden sein können, wobei technische Einrichtungen zur mechanischen Filterung der Luft vorhanden sein können, wobei Aktivkohlefilter zur Absorbtion organischer Dämpfe oder Gase in der Luftführung vorhanden sein können, dadurch gekennzeichnet, dass luftberührende Oberflächen mit katalytisch wirksamem Material ganz oder teilweise beschichtet sind, welches bei Anwesenheit reduzierbarer Gase chemische Reaktionen mit oxidierbarem oder organischem Material in Gang setzt und/oder beschleunigt.
2. Luftaufbereitungs- und Luftförderanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Luftstrom zur Absorption oxidierbarer oder organischer Dämpfe, Gase oder Bakterien/Viren ein oder mehrere Aktivkohlefilter angeordnet sind, und dass in Strömungsrichtung vor dem/den Aktivkohlefilter(n) ein luftdurchlässiges Trägermaterial angeordnet ist, welches mit einem katalytisch wirksamen Material beschichtet ist.
3. Luftaufbereitungs- und Luftförderanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftstrom zur Absorption oxidierbarer und/oder organischer Dämpfe, Gase oder Bakterien/Viren Aktivkohlefilter angeordnet sind, und dass in Strömungsrichtung nach dem Aktivkohlefilter ein luftdurchlässiges Trägermaterial angeordnet ist, welches mit einem katalytisch wirksamen Mate- rial beschichtet ist.
4. Luftaufbereitungs- und Luftförderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftstrom Aktivkohlefilter zur Absorption o- xidierbarer und/oder organischer Dämpfe, Gase oder Bakterien / Viren angeordnet sind, wobei der Aktivkohle ein katalytisch wirksames Material beigemischt ist.
5. Luftaufbereitungs- und Luftförderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftstrom ein Verdampfer zum Zwecke der Kühlung angebracht ist, dessen Oberflächen mit einem katalytisch wirksamen Material beschichtet sind.
6. Luftaufbereitungs- und Luftförderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Luft transportierende Klimakanäle innen mit einer katalytisch wirksamen Substanz beschichtet sind.
7. Luftaufbereitungs- und Luftförderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als katalytisch wirksames Material Übergangsmetalle und deren katalytisch wirksame Verbindungen eingesetzt werden, wie zum Beispiel Platin, Palladium, Vanadium, Wolfram.
8. Luftaufbereitungs- und Luftförderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als katalytisch wirksames Material nichtedle Metalle eingesetzt werden wie Eisen, Kupfer, Nickel, Zinn, Zink, Titan oder Legierungen aus diesen Metallen und/oder deren Oxide.
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