WO2023117166A1 - Filterelement und filter - Google Patents

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WO2023117166A1
WO2023117166A1 PCT/EP2022/077323 EP2022077323W WO2023117166A1 WO 2023117166 A1 WO2023117166 A1 WO 2023117166A1 EP 2022077323 W EP2022077323 W EP 2022077323W WO 2023117166 A1 WO2023117166 A1 WO 2023117166A1
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waveguide
filter element
radiation
photocatalytic material
surrounding medium
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PCT/EP2022/077323
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Daniel Richter
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Ams-Osram International Gmbh
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    • A61L9/205—Ultra-violet radiation using a photocatalyst or photosensitiser

Definitions

  • a filter element and a filter are specified.
  • One problem to be solved is to specify an improved filter element for cleaning or disinfecting a surrounding medium, such as air or water.
  • Another problem to be solved is to specify a filter with such a filter element.
  • the filter element for cleaning a surrounding medium is specified.
  • the surrounding medium can be a gas, such as air, or a liquid, such as water.
  • Surrounding medium means in particular the medium that surrounds the filter element.
  • the filter element has a waveguide or light guide for guiding radiation.
  • Radiation is understood here to mean electromagnetic radiation. It is therefore an optical waveguide.
  • the waveguide has a Decoupling surface for decoupling radiation from the waveguide.
  • the radiation mentioned here and below is, in particular, UV radiation. However, it can also be radiation in a different wavelength range, for example visible light.
  • the waveguide is then set up for guiding UV radiation, for example UVA and/or UVB and/or UVC radiation.
  • the waveguide is transparent to said (n) radiation (s).
  • the waveguide comprises or consists of one or more of the following materials: glass, UV (A, B, C)-stable polymer, quartz glass (English: fused silica).
  • the waveguide is solid.
  • the waveguide is free of cavities and/or radiation sources.
  • the filter element has a photocatalytic material for cleaning the surrounding medium upon contact with the surrounding medium.
  • the photocatalytic material is selected in particular in such a way that it can be excited by absorbing radiation, for example UV radiation.
  • environmental pollutants from the surrounding medium such as bacteria, viruses, fungi, VOCs (abbreviation for volatile organic compounds), ammonia, NOx and/or SOx
  • the photocatalytic material is a material for the photocatalytic purification of the surrounding medium.
  • the filter element is set up in such a way that at least part of an Waveguide-guided radiation, for example UV radiation, is coupled out via the coupling-out surface from the waveguide.
  • the filter element is set up in such a way that radiation that is coupled into the waveguide via a coupling-in surface and then guided in the waveguide is at least partially coupled out via the coupling-off surface.
  • the filter element is set up in such a way that radiation guided in the waveguide, for example the radiation coupled in via the coupling-in surface, is coupled out uniformly and/or completely along or via the coupling-out surface.
  • the coupling-out surface can be structured for efficient coupling-out of the radiation.
  • the waveguide can be curved at least in places, for example running in a meandering or spiral shape, in order to set or increase the proportion of radiation that hits the decoupling surface below the total reflection angle.
  • the refractive index difference between the material of the waveguide on the decoupling surface and the material bordering on the decoupling surface can be chosen to be small, for example less than or equal to 0.5 or less than or equal to 0.1 or less than or equal to 0.05. This reduces the angular range for total internal reflection.
  • the filter element is set up in such a way that at least part, for example the entire radiation coupled out via the coupling-out surface, impinges on the photocatalytic material in order to excite the photocatalytic material.
  • the photocatalytic material is placed outside the waveguide.
  • the decoupling surface is the facing photocatalytic material, so that radiation emerging from the decoupling surface directly hits the photocatalytic material f ft.
  • the photocatalytic material can be arranged directly on the decoupling surface or at a distance from the decoupling surface. It is also conceivable that the filter element is set up in such a way that the radiation emerging from the decoupling surface is directed onto the photocatalytic material via detours, for example via one or more reflectors of the filter element.
  • the photocatalytic material is at least partially free or exposed for direct contact with the surrounding medium. This means that a medium surrounding the filter element can directly hit the photocatalytic material excited by radiation from the waveguide in order to be cleaned by it.
  • the filter element for cleaning a surrounding medium has a waveguide for guiding radiation with a decoupling surface for decoupling radiation and a photocatalytic material for cleaning the surrounding medium upon contact with the surrounding medium.
  • the filter element is set up in such a way that at least part of the radiation guided in the waveguide is coupled out of the waveguide via the coupling-out surface and at least part of the coupled-out radiation strikes the photocatalytic material in order to excite the photocatalytic material.
  • the photocatalytic material is at least partially exposed for direct contact with the surrounding medium.
  • wearing filter elements such as HEPA filter elements or activated carbon filter elements, are used in most filters, for example air or water filters. These filter elements therefore have to be changed frequently, which is associated with high costs and effort.
  • such filter elements often do not provide any filtering or disinfection against bacteria, viruses or VOCs.
  • UV filters can be used for disinfection, i.e. cleaning bacteria and viruses or fungi.
  • pure UVC filters which have a germicidal/bactericidal effect, high radiation intensities or a large effective volume are required in order to achieve adequate cleaning. Therefore, filter elements based on UVC radiation are preferably used with relatively large filters and less so with small filters.
  • a filter element which is particularly suitable and efficient for the decomposition of a wide range of environmental pollutants. This is achieved in particular through the inclusion of photocatalytic cleaning, through which, for example, VOCs, bacteria, viruses, fungi et cetera in the surrounding medium are decomposed with the aid of the photocatalytic reaction. If the radiation exiting the waveguide is UV radiation, it can be used twice, on the one hand to stimulate the photocatalytic material for photocatalytic cleaning and on the other hand to directly Contribute to cleaning of the surrounding medium.
  • the filter element is also wear-free and special efficient . It can be used in small filters, such as home filters.
  • the filter element is set up in such a way that at least part of the radiation coupled out via the coupling-out surface strikes the surrounding medium. For example, at least 25% or at least 50% or at least 75% or all of the radiation exiting via the decoupling surface impinges on the surrounding medium.
  • the germicidal/bactericidal effect of UV radiation can be used in addition to the photocatalytic cleaning of the surrounding medium.
  • the photocatalytic material can be arranged at a distance from the decoupling surface, so that the surrounding medium can spread out between the photocatalytic material and the decoupling surface, for example can flow through.
  • the photocatalytic material can be applied directly to the decoupling surface and have such a density that it does not absorb all of the radiation coupled out via the decoupling surface.
  • the waveguide is designed to guide the radiation in a direction parallel to the decoupling surface.
  • an extension of the waveguide along the decoupling surface is greater for this purpose, for example at least twice as large or at least ten times as large as perpendicular to the decoupling surface.
  • the coupling-in surface can extend transversely or perpendicularly to the coupling-out surface.
  • the waveguide is a one-dimensional waveguide.
  • One-dimensional means that the waveguide guides the radiation essentially along a line, for example a straight or curved line.
  • the waveguide is an elongated body that extends along a centerline.
  • the center line can be a straight line or a curved line.
  • a maximum extent of the waveguide perpendicular to the center line is smaller, for example at most half as large or at most 1/4 as large or at most 1/10 as large as the length of the waveguide, ie its extent along the center line.
  • the cross-section of the waveguide when cut perpendicular to the center line is, for example, round, oval, rectangular, square or hexagonal.
  • One or more end faces on the longitudinal ends of the waveguide can form the coupling surface(s).
  • the decoupling surface comprises a jacket surface of the waveguide. This means that the decoupling surface surrounds the center line in the radial direction.
  • the decoupling surface can, for example, run radially completely around the center line.
  • the center line can be a parallel curve to the decoupling surface.
  • a radial direction defines a direction perpendicular to the centerline.
  • the waveguide is a two-dimensional waveguide.
  • Two-dimensional means that the waveguide guides the radiation essentially along a surface, for example a plane or a curved surface.
  • the waveguide extends flat and has two opposite ones main pages , where the spacing between main pages is smaller , for example , at most half , or at most 1 / 4 as large , or at most 1 / 10 as large , as the minimum extent of the main pages .
  • the main sides run parallel to one another. They can be curved or flat.
  • the decoupling surface comprises the opposite main sides of the waveguide.
  • One or more end faces that is to say surfaces of the waveguide running transversely or perpendicularly to the main sides, can form the coupling surface(s).
  • the filter element has a housing.
  • the housing can be tubular.
  • the housing can radially surround or define a flow channel through which the surrounding medium can flow.
  • the housing has or consists of one or more walls.
  • the housing can be impermeable to the surrounding medium.
  • the housing can have or consist of metal or plastic.
  • the waveguide and the photocatalytic material are surrounded by the housing, for example completely surrounded in a cross-sectional plane.
  • the waveguide extends, for example, along the flow channel surrounded by the housing and is radially surrounded by the housing.
  • the photocatalytic material is arranged on an inside of the housing.
  • the inside is a side of the housing that faces the waveguide and/or the flow channel.
  • the waveguide is arranged at a distance from the housing, so that the surrounding medium can flow between the photocatalytic material and the waveguide. A portion of the radiation coupled out of the coupling-out surface can then initially pass through the surrounding medium flowing past before it hits the photocatalytic material on the inside of the housing and excites it.
  • the photocatalytic material is arranged on the decoupling surface of the waveguide.
  • the photocatalytic material is firmly bonded to the decoupling surface.
  • the photocatalytic material can be distributed over the entire decoupling surface.
  • the photocatalytic material is preferably distributed in such a way that part of the coupled-out radiation is not absorbed, but instead can strike the surrounding medium directly.
  • the waveguide is penetrated by at least one, ie one or more, bushings. All features disclosed in connection with one implementation are also disclosed below for all other implementations.
  • the boundary surface(s) between the waveguide and the bushing(s) are in particular part of the decoupling surface.
  • the passage is, for example, elongate.
  • a centerline of the feedthrough extends parallel to the centerline of the waveguide.
  • the passage can be radially completely surrounded by the waveguide.
  • a length of the leadthrough, measured along the center line is greater, for example, for example at least twice or at least ten times greater than its maximum extension perpendicular to the center line. If there are several passages, these can run parallel to one another in pairs (ie the corresponding center lines form parallel curves).
  • the bushings are, for example, arranged equidistantly from one another.
  • the feedthroughs are arranged in a rectangular pattern or in a hexagonal pattern (honeycomb pattern).
  • the passage is set up for the ambient medium to flow through.
  • the diameter of the passage is large enough for the surrounding medium to flow through.
  • the diameter is at least 0.5 mm or at least 1 mm and/or at most 10 mm or at most 5 mm.
  • the implementation has, for example, a round, oval, rectangular, square or hexagonal cross section.
  • the cross section here means a section perpendicular to a center line of the bushing.
  • the photocatalytic material is arranged within the passage on the waveguide.
  • the surrounding medium flowing through the passage can thus come into contact with the photocatalytic material.
  • the photocatalytic material is distributed evenly over the entire surface adjacent to the passage on the latter.
  • the waveguide is designed in one piece. That is, all portions of the waveguide can be formed integrally with each other and included the same material or consist of the same material.
  • the interior of the waveguide is within the manufacturing tolerances, for example, free of boundary surfaces at which the radiation can be refracted.
  • the filter element has one or more additional waveguides for guiding radiation, for example UV radiation.
  • the waveguides each have a decoupling surface for decoupling radiation. All features disclosed in connection with one waveguide are also disclosed for the other waveguides.
  • the photocatalytic material can be arranged on the decoupling surfaces of several or all waveguides.
  • the additional waveguides are arranged parallel to the waveguide.
  • the waveguides each extend along a center line, and the center lines form parallel curves.
  • the main sides of the waveguides can be arranged parallel to one another.
  • the waveguides are preferably spaced apart from one another in pairs, so that the surrounding medium can flow through between them.
  • the photocatalytic material is present at least partially, ie partially or completely, in the form of photocatalytic particles.
  • the photocatalytic particles can be nanoparticles.
  • the photocatalytic particles are for example formed on their respective outer surface or completely from the photocatalytic material.
  • the photocatalytic particles are embedded in a composite material. Some of the photocatalytic particles protrude from the composite material in order to allow direct contact with the surrounding medium.
  • the composite material can be a glass or a polymer, for example cytop or fluropolymer, or a silicone or siloxane.
  • the composite material is designed to hold the photocatalytic particles together and/or to be attached to the applied surface.
  • the composite material is, for example, permeable or transparent for the radiation exiting via the decoupling surface, in particular for UV radiation.
  • the photocatalytic material has or consists of TiOg as the photocatalyst.
  • the TiOg is in the anatase form.
  • the TiOg can be doped, allowing for excitation by visible light rather than UV radiation.
  • the TiOg is doped with a metal such as Ag, Pt, Fe, Gr, Co, Mo, or V, or with a nonmetal such as B, C, N, S, or F.
  • the photocatalytic material can have one or more of the following materials as a photocatalyst or consist of them: Semiconductor materials based on dO transition metal cations, such as Ta ⁇ + or Nb ⁇ + , nitrides or Oxides of Ga ⁇ +, In ⁇ + or Bi ⁇ +, metal-organic frameworks (MOFs) such as MOF-5, UiO- 66 or UiO- 66 (NH 2 ).
  • MOFs metal-organic frameworks
  • the waveguide is designed as a heat storage element.
  • the filter element can withdraw heat from the surrounding medium when cleaning the surrounding medium. If a surrounding medium to be cleaned then flows past the filter element and/or through the filter element, for example in the opposite direction, this surrounding medium can absorb the heat stored in the waveguide.
  • the material of the waveguide has a specific heat capacity of at least 500 J/(kg ⁇ K) or at least 750 J/(kg ⁇ K).
  • the waveguide comprises or consists of quartz glass, which is both transparent to UV radiation, in particular UVC radiation, and also has the specific heat capacity specified above.
  • the filter element also has a radiation source, for example a UV radiation source, for coupling radiation into the waveguide.
  • the radiation source emits UVA and/or UVB and/or UVC radiation and/or visible light in normal operation.
  • a global intensity maximum of the radiation emitted by the radiation source during operation is in the UV range, for example in the UVA or in the UVB or in the UVC range, or in the visible spectral range.
  • the radiation source is arranged in such a way that, during operation, radiation from the radiation source is coupled into the waveguide, for example via the coupling surface.
  • the radiation source is arranged in such a way that the radiation it emits strikes the waveguide directly.
  • the radiation source can face or lie opposite a coupling-in surface of the waveguide.
  • the filter element can have several radiation sources. All features disclosed in connection with the radiation source described above are also disclosed for all other radiation sources.
  • the radiation sources can, for example, be arranged symmetrically and/or with equidistant spacings on or around the waveguide.
  • One or more radiation sources can be assigned to each waveguide.
  • the radiation source has one or more light-emitting diodes for generating the radiation.
  • the light-emitting diode includes, for example, a semiconductor chip for generating a primary radiation, which is emitted by the light-emitting diode in a converted or unconverted manner.
  • the semiconductor chip can be based on an II-V compound semiconductor material, such as AlGaN.
  • the filter is, for example, a multi-component filter system.
  • the filter has a filter element according to one of the exemplary embodiments described here.
  • the filter can also have several such filter elements, for example along are arranged one behind the other in a direction of flow of the surrounding medium to be cleaned.
  • the filter has a conveying unit in order to convey the surrounding medium to be cleaned over the photocatalytic material of the filter element.
  • the delivery unit can be a pump or a blower.
  • the delivery unit can be arranged upstream or downstream of the filter in the direction of flow of the surrounding medium to be cleaned.
  • the filter has a heat storage element for storing the heat given off by the surrounding medium to be cleaned.
  • the heat storage element has, for example, a material with a high specific heat capacity, for example a specific heat capacity of at least 500 J/(kg ⁇ K) or at least 750 J/(kg ⁇ K), or consists of it.
  • the heat storage element can be based on ceramics or consist of ceramics.
  • the ceramic is, for example, aluminum oxide.
  • the heat storage element can be arranged upstream or downstream of the filter element in the direction of flow of the surrounding medium to be cleaned.
  • the filter can have one or more other filter elements that are based on a different technology.
  • the filter has one or more HEPA filter elements and/or activated carbon filter elements and/or coarse filter elements.
  • the filter can have one or more electronic components, for example for controlling the conveyor unit and/or the radiation sources.
  • the filter is set up to operate in two opposite directions.
  • the conveying unit is set up, for example, in such a way that it can convey the surrounding medium to be cleaned in two opposite directions.
  • the filter can be a decentralized filter.
  • the filter is a recirculating air filter for an interior.
  • FIGS. 11 and 12 show different exemplary embodiments of the filter in a cross-sectional view.
  • the electromagnetic radiation used is always UV radiation .
  • the radiation source(s) are UV radiation sources.
  • radiation in the visible spectral range and corresponding radiation sources that emit in the visible spectral range could also be used, for example.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the filter element 100 in a sectional view.
  • the filter element 100 has an optical waveguide 1 , also called light guide 1 .
  • the waveguide 1 is elongate here, with the sectional view shown running through the longitudinal axis or center line.
  • the waveguide 1 is set up to guide UV radiation, for example UVC radiation, in its interior.
  • the waveguide 1 is designed in one piece and consists, for example, of quartz glass or a polymer that is transparent to UVC radiation.
  • a UV radiation source 3 for example a UV light-emitting diode 3 , is arranged on an end face 12 of the waveguide 1 .
  • the end face 12 is a coupling surface of the waveguide 1 .
  • the UV radiation source 3 emits UV radiation, which is coupled into the waveguide 1 via the end face 12 of the waveguide 1 .
  • the UV rays are illustrated by arrows.
  • some of the UV rays hit the outer surface 10 of the waveguide 1, which runs transversely to the end face and parallel to the longitudinal axis of the waveguide 1, on their way through the waveguide at such an angle that these UV rays are coupled out of the waveguide 1 .
  • the outer surface 10 forms a decoupling surface 10 of the waveguide 1 . rays that under Particularly large angles on the decoupling surface 10 meet fen, are totally reflected and further guided in the waveguide 1.
  • a photocatalytic material 2 is arranged on the decoupling surface 10 of the waveguide 1 .
  • the photocatalytic material 2 is photocatalytic nanoparticles 20 , for example made of TiOg in anatase form, which are embedded in a composite material 21 , for example made of silicone, and are attached to the decoupling surface 10 by means of the composite material 21 .
  • the photocatalytic nanoparticles 20 protrude from the composite material 21 so that they are freely accessible to a surrounding medium to be cleaned.
  • the photocatalytic material 2 is evenly distributed over the entire decoupling surface 10 .
  • FIG. 1 a bacterium 51, a virus 52 and a VOC 53 are in contact with the photocatalytic material 2 on the decoupling surface 10.
  • FIG. 1 a bacterium 51, a virus 52 and a VOC 53 are in contact with the photocatalytic material 2 on the decoupling surface 10.
  • a portion of the UV radiation coupled out via the coupling-out surface 10 excites a portion of the photocatalytic nanoparticles 20 .
  • TiOg is a semiconductor and the absorbed UV radiation creates electron-hole pairs in it if the energy of the photons is greater than the band gap.
  • the electrons or holes in the TiOg can diffuse to the surface and generate radicals there, which lead to the decomposition of environmental pollutants such as bacteria, viruses, VOCs, ammonia, NOx, SOx.
  • the holes in particular have a high oxidative effect.
  • OH radicals are formed from water, which decomposes the environmental pollutants.
  • Another part of the UV radiation decoupled via the decoupling surface 10 is not absorbed by the photocatalytic particles 20, but strikes the surrounding medium to be cleaned. Since UV radiation also has a germicidal/bactericidal effect, this leads to additional cleaning or disinfection of the surrounding medium.
  • the refractive index difference and thus the total reflection angle at the decoupling surface 10 can be adjusted by the choice of material for the waveguide 1 and, for example, the composite material 21 . This can influence how much of the UV radiation guided within the waveguide 1 is coupled out when it hits the decoupling surface 10 and what proportion remains within the waveguide 1 .
  • the decoupling surface 10 can also be influenced by a structuring of the decoupling surface 10 .
  • the coupling-out probability can also be increased by curving the decoupling surface 10 along the propagation direction of the UV radiation, for example by curving the waveguide 1 .
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the filter element 100 in a cross-sectional view.
  • a flow direction of the surrounding medium to be cleaned at or through the filter element 100 is present, for example, into the plane of the paper or out of the plane of the paper.
  • a main extension direction of the filter element 100 in FIG. 2 also runs, for example, out of the plane of the paper or into the plane of the paper.
  • the filter element 100 again comprises a waveguide 1 made of the same material as in the previous one Can be formed from example.
  • the waveguide 1 is formed in one piece but in the present case penetrated by a plurality of passages 11 along which the ambient medium to be cleaned can flow through the filter element 100 .
  • the bushings 11 have a hexagonal cross-section in the cross-sectional view shown and are arranged in a honeycomb pattern.
  • the boundary surfaces of the waveguide 1 to the feedthroughs 11 form part of the decoupling surface 10 of the waveguide 1 .
  • the waveguide 1 is coated with the photocatalytic material 2 in the area of the passages 11 so that the surrounding medium to be cleaned can come into contact with the photocatalytic material 2 as it flows through.
  • the photocatalytic material 2 can be formed by photocatalytic nanoparticles, which are held on the waveguide 1 by means of a composite material 21 .
  • the contact surface for the surrounding medium to be cleaned with the photocatalytic material 2 is increased compared to the exemplary embodiment of FIG.
  • a plurality of UV radiation sources 3 are applied to the outer surface of the waveguide 1.
  • the UV radiation sources 3 are again UV light-emitting diodes, for example. These are attached to the waveguide 1 via a composite material 31 such as silicone or resin.
  • the UV radiation coupled into the waveguide 1 by the UV radiation sources 3 can be distributed along the honeycomb structure and thus reach each of the feedthroughs 11 or the Stimulate photocatalytic material 2 at each of the passages 11 .
  • the UV radiation sources 3 could additionally or alternatively also be arranged on the end face of the waveguide 1 .
  • This UV radiation source 3 can also have one or more UV light-emitting diodes.
  • FIG. 1 Another exemplary embodiment of the filter element 100 is shown in FIG.
  • the passages 11 through the waveguide 1 are not hexagonal in cross section, but square.
  • the bushings 11 are arranged in a rectangular pattern.
  • UV radiation sources 3 are again arranged on the outer surface 10 of the waveguide 1 and are attached to the waveguide 1 via a composite material 31 .
  • the filter element 100 does not include a waveguide 1 but rather a multiplicity of waveguides 1 .
  • the waveguides 1 are each elongate, one-dimensional waveguides and have a hexagonal cross section. They are arranged equidistant to each other in a honeycomb structure. A surrounding medium to be cleaned can flow between the waveguides 1 perpendicularly to the plane of the paper.
  • the waveguides 1 are coated with the photocatalytic material 2 on their respective outer surface, which forms the decoupling surface 10 .
  • the photocatalytic material 2 again in the form of photocatalytic nanoparticles 20 which are embedded in a composite material 21 and held on the waveguide 1 in this way.
  • the waveguides 1 of FIG. 6 are surrounded radially by a housing 4 .
  • the housing 4 delimits and defines a flow channel within which the ambient medium to be cleaned can flow.
  • the housing 4 here includes walls that delimit the interior space and are, for example, impermeable to the surrounding medium to be cleaned.
  • FIG. 7 shows the filter element 100 of FIG. 6 in a cross-sectional view with a sectional plane parallel to the longitudinal axes or center lines of the waveguide 1 .
  • the direction of flow of the surrounding medium to be cleaned is represented by arrows.
  • a UV radiation source 3 for example a UV light-emitting diode 3 , is arranged on each of the two opposite end faces of each waveguide 1 .
  • the filter element 1 100 comprises a plurality of waveguides 1 spaced apart from one another.
  • the waveguides 1 are each plate-shaped, two-dimensional waveguides, with the main sides of the waveguides 1, ie the sides with the largest area, running perpendicular to the plane of the drawing.
  • main sides are part of the respective decoupling surface 10 to which the photocatalytic material 2 in the form of photocatalytic nanoparticles 20 embedded in a composite material 21 is applied to each waveguide 1 .
  • UV radiation sources 3 are arranged on opposite end faces of each waveguide 1 .
  • the waveguides 1 are arranged parallel to one another, so that the main sides or main extension planes run parallel to one another.
  • the waveguides 1 are also arranged in a housing 4 which runs around the waveguides 1 and defines a flow channel for the surrounding medium to be cleaned. The direction of flow of the surrounding medium to be cleaned runs here perpendicularly to the plane of the paper, so that the surrounding medium can flow between the waveguides 1 .
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of the filter element 100 which has a tubular housing 4 .
  • a one-dimensional waveguide 1 with a circular cross section is arranged in the center of the flow channel defined thereby.
  • a center line of the waveguide 1 runs parallel to the center line of the flow channel, the center lines piercing the plane of the paper.
  • the outer surface of the waveguide 1 forms the decoupling surface 10 .
  • a UV radiation source can again be arranged on the end face of the waveguide 1 .
  • the photocatalytic material 2 is arranged on an inner side 40 of the housing 4 , in the present case again in the form of photocatalytic nanoparticles 20 embedded in a composite material 21 .
  • the surrounding medium to be cleaned can flow here perpendicular to the plane of the paper between the waveguide 1 and the inside of the housing 4 .
  • the decoupling surface 10 of the waveguide 1 is free of the photocatalytic material 2 .
  • all or almost all of the UV radiation exiting via the decoupling surface 10 first traverses the environmental medium to be cleaned and only then does it hit the photocatalytic material 2 in order to stimulate it.
  • a larger proportion of the UV radiation that is coupled out is used directly for cleaning the surrounding medium.
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment of the filter element 100 which differs from that of FIG.
  • FIG. 11 shows an exemplary embodiment of a filter in a cross-sectional view.
  • a direction of flow for the surrounding medium to be cleaned runs here from left to right or right to left in the plane of the paper.
  • the filter comprises coarse filter or pre-filter elements 400 at opposite ends in order to filter out larger particles from the surrounding medium to be cleaned.
  • a filter element 100 for example one according to the exemplary embodiments described, a heat storage element 300 and a conveying unit 200 for conveying the surrounding medium to be cleaned through the filter are arranged between the opposite coarse filter elements 400 .
  • the delivery unit 200 can be a pump.
  • the surrounding medium to be cleaned is a gas, such as air, then the conveyor unit 200 can be a blower.
  • the conveyor unit 200 can be set up in such a way that it conveys the environmental medium to be cleaned through the filter in two opposite directions.
  • the right end of the filter is located in an interior space of a building and the left end 400 is located outside of this interior space.
  • the delivery unit 200 With the help of the delivery unit 200, the air can be sucked in from the interior, transported through the right coarse filter element 400, then the heat storage element 300, then through the filter element 100 and finally through the left coarse filter element 400 from the interior.
  • the heat storage element 300 is, for example, a ceramic element, for example made of aluminum oxide, which stores heat from the air flowing past.
  • the filter element 100 itself forms the heat storage element.
  • the waveguide or waveguides 1 of the filter element 100 are preferably formed from a material with a high specific heat capacity, for example quartz glass.

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform weist das Filterelement (100) für die Reinigung eines Umgebungsmediums einen Wellenleiter (1) zur Führung von Strahlung mit einer Auskoppelfläche (10) zur Auskopplung von Strahlung sowie ein fotokatalytisches Material (2) für die Reinigung des Umgebungsmediums bei Kontakt mit dem Umgebungsmedium auf. Das Filterelement ist so eingerichtet, dass zumindest ein Teil einer im Wellenleiter geführten Strahlung über die Auskoppelfläche aus dem Wellenleiter ausgekoppelt wird und zumindest ein Teil der ausgekoppelten Strahlung auf das fotokatalytische Material trifft, um das fotokatalytische Material anzuregen. Das fotokatalytische Material liegt für einen direkten Kontakt mit dem Umgebungsmedium zumindest teilweise frei.

Description

Beschreibung
FILTERELEMENT UND FILTER
Es werden ein Filterelement und ein Filter angegeben .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2021 214 724 . 0 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Filterelement für die Reinigung beziehungsweise Desinfektion eines Umgebungsmediums , wie Luft oder Wasser, anzugeben . Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Filter mit einem solchen Filterelement anzugeben .
Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 und 16 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor .
Zunächst wird das Filterelement für die Reinigung eines Umgebungsmediums angegeben . Das Umgebungsmedium kann ein Gas , wie Luft , oder eine Flüssigkeit , wie Wasser, sein . Mit Umgebungsmedium ist insbesondere das Medium gemeint , das das Filterelement umgibt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Filterelement einen Wellenleiter beziehungsweise Lichtleiter zur Führung von Strahlung auf . Unter Strahlung wird hier elektromagnetische Strahlung verstanden . Es handelt sich also um einen optischen Wellenleiter . Der Wellenleiter weist eine Auskoppel fläche zur Auskopplung von Strahlung aus dem Wellenleiter auf .
Bei der hier und im Folgenden genannten Strahlung handelt es sich insbesondere um UV-Strahlung . Es kann sich aber auch um Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich, zum Beispiel um sichtbares Licht handeln . Der Wellenleiter ist dann also für die Führung von UV-Strahlung, zum Beispiel UVA- und/oder UVB- und/oder UVC-Strahlung eingerichtet . Beispielsweise ist der Wellenleiter transparent für die genannte (n) Strahlung ( en) . Zum Beispiel umfasst oder besteht der Wellenleiter aus einem oder mehreren der folgenden Materialien : Glas , UV (A, B, C ) -stabiles Polymer, Quarzglas ( englisch : fused silica ) . Der Wellenleiter ist zum Beispiel ein Vollkörper . Beispielsweise ist der Wellenleiter frei von Hohlräumen und/oder Strahlungsquellen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Filterelement ein fotokatalytisches Material für die Reinigung des Umgebungsmediums bei Kontakt mit dem Umgebungsmedium auf . Das fotokatalytische Material ist insbesondere so gewählt , dass es durch Absorption von Strahlung, zum Beispiel UV- Strahlung, anregbar ist . Bei Kontakt mit Umweltschadstof fen aus dem Umgebungsmedium, wie Bakterien, Viren, Pil zen, VOCs (Abkürzung für volatile organische Komponenten) , Ammoniak, NOx und/oder SOx, werden die Umweltschadstof fe mithil fe des angeregten, fotokatalytischen Materials zersetzt . Anders ausgedrückt handelt es sich bei dem fotokatalytischen Material um ein Material für die fotokatalytische Reinigung des Umgebungsmediums .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das Filterelement so eingerichtet , dass zumindest ein Teil einer im Wellenleiter geführten Strahlung, zum Beispiel UV-Strahlung, über die Auskoppelfläche aus dem Wellenleiter ausgekoppelt wird. Insbesondere ist das Filterelement so eingerichtet, dass eine über eine Einkoppelfläche in den Wellenleiter eingekoppelte und dann im Wellenleiter geführte Strahlung zumindest teilweise über die Auskoppelfläche ausgekoppelt wird. Beispielsweise ist das Filterelement so eingerichtet, dass im Wellenleiter geführte Strahlung, zum Beispiel die über die Einkoppelfläche eingekoppelte Strahlung, gleichmäßig und/oder vollständig entlang beziehungsweise über die Auskoppelfläche ausgekoppelt wird.
Die Auskoppelfläche kann für eine effiziente Auskopplung der Strahlung strukturiert sein. Außerdem kann der Wellenleiter zumindest stellenweise gekrümmt sein, zum Beispiel mäanderf örmig oder spiralförmig verlaufen, um den Anteil an Strahlung, die unterhalb des Totalreflexionswinkels auf die Auskoppelfläche trifft, einzustellen beziehungsweise zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich kann der Brechungsindexunterschied zwischen dem Material des Wellenleiters an der Auskoppelfläche und dem an die Auskoppelfläche grenzenden Material klein gewählt werden, zum Beispiel kleiner gleich 0,5 oder kleiner gleich 0,1 oder kleiner gleich 0,05. Dadurch wird der Winkelbereich für Totalreflexion verkleinert.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das Filterelement so eingerichtet, dass zumindest ein Teil, beispielsweise die gesamte, über die Auskoppelfläche ausgekoppelte Strahlung, auf das fotokatalytische Material trifft, um das fotokatalytische Material anzuregen. Insbesondere ist das fotokatalytische Material außerhalb des Wellenleiters angeordnet. Beispielsweise ist die Auskoppelfläche dem fotokatalytischen Material zugewandt , so dass aus der Auskoppel fläche austretende Strahlung ohne Umwege auf das fotokatalytische Material tri f ft . Das fotokatalytische Material kann direkt auf der Auskoppel fläche oder beabstandet zu der Auskoppel fläche angeordnet sein . Es ist auch denkbar, dass das Filterelement so eingerichtet ist , dass die aus der Auskoppel fläche austretende Strahlung über Umwege , zum Beispiel über ein oder mehrere Reflektoren des Filterelements , auf das fotokatalytische Material gelenkt wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form liegt das fotokatalytische Material für einen direkten Kontakt mit dem Umgebungsmedium zumindest teilweise frei beziehungsweise ist exponiert . Das heißt , ein das Filterelement umgebendes Umgebungsmedium kann unmittelbar auf das durch Strahlung aus dem Wellenleiter angeregte fotokatalytische Material tref fen, um von diesem gereinigt zu werden .
In mindestens einer Aus führungs form weist das Filterelement für die Reinigung eines Umgebungsmediums einen Wellenleiter zur Führung von Strahlung mit einer Auskoppel fläche zur Auskopplung von Strahlung sowie ein fotokatalytisches Material für die Reinigung des Umgebungsmediums bei Kontakt mit dem Umgebungsmedium auf . Das Filterelement ist so eingerichtet , dass zumindest ein Teil einer im Wellenleiter geführten Strahlung über die Auskoppel fläche aus dem Wellenleiter ausgekoppelt wird und zumindest ein Teil der ausgekoppelten Strahlung auf das fotokatalytische Material tri f ft , um das fotokatalytische Material anzuregen . Das fotokatalytische Material liegt für einen direkten Kontakt mit dem Umgebungsmedium zumindest teilweise frei . Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zu Grunde , dass bei den meisten Filtern, zum Beispiel Luftoder Wasserf iltern, verschleißende Filterelemente , wie HEPA- Filterelemente oder Aktivkohlefilterelemente , zum Einsatz kommen . Diese Filterelemente müssen daher häufig gewechselt werden, was mit hohen Kosten und Aufwand verbunden ist . Solche Filterelemente bieten außerdem häufig keine Filterwirkung oder Desinfektion gegen Bakterien, Viren oder VOCs .
Für die Desinfektion, also die Reinigung von Bakterien und Viren oder Pil zen, können UV-Filter eingesetzt werden . Bei reinen UVC-Filtern, die eine germi zide/bakteri zide Wirkung haben, werden hohe Strahlungsintensitäten benötigt beziehungsweise ein großes Wirkvolumen, um eine ausreichende Reinigung zu erreichen . Daher werden auf UVC-Strahlung basierende Filterelemente bevorzugt bei relativ großen Filtern verwendet und weniger bei kleinen Filtern .
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Filterelement bereitgestellt , welches für die Zersetzung einer breiten Palette von Umweltschadstof fen besonders geeignet und ef fi zient ist . Dies wird insbesondere durch die Einbeziehung der fotokatalytischen Reinigung erreicht , durch die beispielsweise VOCs , Bakterien, Viren, Pil ze et cetera im Umgebungsmedium mit Hil fe der fotokatalytischen Reaktion zersetzt werden . Handelt es sich bei der Strahlung, die aus dem Wellenleiter austritt , um UV-Strahlung, kann diese doppelt genutzt werden, um zum einen das fotokatalytische Material für die fotokatalytische Reinigung anzuregen und zum anderen, um durch ihre germi zide/bakteri zide Wirkung direkt zur Reinigung des Umgebungsmediums bei zutragen . Das Filterelement ist außerdem verschleiß frei und besonders ef fi zient . Es kann in kleinen Filtern, wie Heimfiltern, verwendet werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das Filterelement so eingerichtet , dass zumindest ein Teil der über die Auskoppel fläche ausgekoppelten Strahlung auf das Umgebungsmedium tri f ft . Beispielsweise tref fen zumindest 25 % oder zumindest 50 % oder zumindest 75 % oder die gesamte über die Auskoppel fläche austretende Strahlung auf das Umgebungsmedium . Dadurch kann zum Beispiel die germi zide/bakteri zide Wirkung von UV-Strahlung zusätzlich zur fotokatalytischen Reinigung des Umgebungsmediums genutzt .
Um dies zu realisieren, kann das fotokatalytische Material beabstandet von der Auskoppel fläche angeordnet sein, so dass sich das Umgebungsmedium zwischen dem fotokatalytischen Material und der Auskoppel fläche ausbreiten kann, zum Beispiel hindurchströmen kann . Alternativ kann das fotokatalytische Material direkt auf die Auskoppel fläche aufgebracht sein und eine solche Dichte aufweisen, dass es nicht die gesamte über die Auskoppel fläche ausgekoppelte Strahlung absorbiert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Wellenleiter zur Führung der Strahlung in eine Richtung parallel zur Auskoppel fläche eingerichtet . Beispielsweise ist dazu eine Ausdehnung des Wellenleiters entlang der Auskoppel fläche größer, zum Beispiel zumindest doppelt so groß oder zumindest zehnmal so groß wie senkrecht zur Auskoppel fläche . Die Einkoppel fläche kann sich quer oder senkrecht zur Auskoppel fläche erstrecken . Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Wellenleiter ein eindimensionaler Wellenleiter . Eindimensional bedeutet , dass der Wellenleiter die Strahlung im Wesentlichen entlang einer Linie , zum Beispiel einer geraden oder gekrümmten Linie , führt . Anders ausgedrückt ist der Wellenleiter ein länglicher Körper, der sich entlang einer Mittellinie erstreckt . Die Mittellinie kann eine gerade oder eine gekrümmte Linie sein . Eine maximale Ausdehnung des Wellenleiters senkrecht zur Mittellinie ist kleiner, zum Beispiel höchstens halb so groß oder höchstens 1 / 4 so groß oder höchstens 1 / 10 so groß wie die Länge des Wellenleiters , also dessen Ausdehnung entlang der Mittellinie . Der Querschnitt des Wellenleiters bei einem Schnitt senkrecht zur Mittellinie ist beispielsweise rund, oval , rechteckig, quadratisch oder hexagonal . Ein oder mehrere Stirnflächen an den längsseitigen Enden des Wellenleiters können die Einkoppel fläche (n) bilden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die Auskoppel fläche eine Mantel fläche des Wellenleiters . Das heißt , die Auskoppel fläche umgibt die Mittellinie in radialer Richtung . Die Auskoppel fläche kann beispielsweise radial vollständig um die Mittellinie herum verlaufen . Insbesondere kann die Mittellinie eine Parallelkurve zu der Auskoppel fläche sein . Eine radiale Richtung definiert hier eine Richtung senkrecht zur Mittellinie .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Wellenleiter ein zweidimensionaler Wellenleiter . Zweidimensional bedeutet , dass der Wellenleiter die Strahlung im Wesentlichen entlang einer Fläche , zum Beispiel einer Ebene oder einer gekrümmten Fläche , führt . Anders ausgedrückt erstreckt sich der Wellenleiter flächig und weist zwei gegenüberliegende Hauptseiten auf , wobei der Abstand zwischen den Hauptseiten kleiner ist , zum Beispiel höchstens halb so groß oder höchstens 1 / 4 so groß oder höchstens 1 / 10 so groß , wie die minimale Ausdehnung der Hauptseiten . Die Hauptseiten verlaufen beispielsweise parallel zueinander . Sie können gekrümmt oder eben sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die Auskoppel fläche die einander gegenüberliegenden Hauptseiten des Wellenleiters . Eine oder mehrere Stirnflächen, also quer oder senkrecht zu den Hauptseiten verlaufende Flächen des Wellenleiters , können die Einkoppel fläche (n) bilden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Filterelement ein Gehäuse auf . Das Gehäuse kann röhrenförmig sein . Das Gehäuse kann einen Strömungskanal radial umgeben beziehungsweise definieren, durch den das Umgebungsmedium strömen kann . Beispielsweise weist das Gehäuse ein oder mehrere Wände auf oder besteht daraus . Das Gehäuse kann undurchlässig für das Umgebungsmedium sein . Das Gehäuse kann Metall oder Kunststof f aufweisen oder daraus bestehen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind der Wellenleiter und das fotokatalytische Material von dem Gehäuse umgeben, zum Beispiel in einer Querschnittsebene vollständig umgeben . Der Wellenleiter erstreckt sich zum Beispiel entlang dem vom Gehäuse umgebenen Strömungskanal und ist radial vom Gehäuse umgeben .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das fotokatalytische Material auf einer Innenseite des Gehäuses angeordnet . Die Innenseite ist eine dem Wellenleiter und/oder dem Strömungskanal zugewandte Seite des Gehäuses . Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Wellenleiter von dem Gehäuse beabstandet angeordnet , sodass das Umgebungsmedium zwischen dem fotokatalytischen Material und dem Wellenleiter strömen kann . Ein Teil der aus der Auskoppel fläche ausgekoppelten Strahlung kann dann zunächst das vorbeiströmende Umgebungsmedium durchqueren, bevor es auf das fotokatalytische Material auf der Innenseite des Gehäuses tri f ft und dieses anregt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das fotokatalytische Material auf der Auskoppel fläche des Wellenleiters angeordnet . Zum Beispiel ist das fotokatalytische Material stof f schlüssig mit der Auskoppel fläche verbunden . Das fotokatalytische Material kann über die gesamte Auskoppel fläche verteilt auf dieser angeordnet sein . Bevorzugt ist das fotokatalytische Material so verteilt , dass ein Teil der ausgekoppelten Strahlung nicht absorbiert wird, sondern direkt auf das Umgebungsmedium tref fen kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Wellenleiter von zumindest einer, das heißt einer oder mehreren, Durchführungen durchdrungen . Alle im Zusammenhang mit einer Durchführung of fenbarten Merkmale sind im Folgenden auch für alle weiteren Durchführungen of fenbart . Die Grenz fläche (n) zwischen dem Wellenleiter und der/den Durchführung ( en) sind insbesondere Teil der Auskoppel fläche .
Die Durchführung ist beispielsweise länglich ausgebildet . Zum Beispiel erstreckt sich eine Mittellinie der Durchführung parallel zur Mittellinie des Wellenleiters . Die Durchführung kann radial vollständig von dem Wellenleiter umgeben sein . Eine Länge der Durchführung, gemessen entlang der Mittellinie , ist beispielsweise größer, zum Beispiel zumindest doppelt oder zumindest zehnmal so groß , wie ihre maximale Ausdehnung senkrecht zur Mittellinie . Bei mehreren Durchführungen können diese paarweise parallel zueinander verlaufen ( das heißt die entsprechenden Mittellinien bilden Parallelkurven) . Die Durchführungen sind zum Beispiel äquidistant zueinander angeordnet . Beispielsweise sind die Durchführungen in einem Rechteckmuster oder in einem hexagonalen Muster (Honigwabenmuster ) angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Durchführung zur Durchströmung mit dem Umgebungsmedium eingerichtet . Das heißt , der Durchmesser der Durchführung ist groß genug gewählt , dass das Umgebungsmedium hindurchströmen kann . Beispielsweise ist der Durchmesser zumindest 0 , 5 mm oder zumindest 1mm und/oder höchstens 10 mm oder höchstens 5 mm . Die Durchführung weist beispielsweise einen runden, ovalen, rechteckigen, quadratischen oder hexagonalen Querschnitt auf . Der Querschnitt meint hier einen Schnitt senkrecht zu einer Mittellinie der Durchführung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das fotokatalytische Material innerhalb der Durchführung auf dem Wellenleiter angeordnet . Das durch die Durchführung strömende Umgebungsmedium kann so in Kontakt mit dem fotokatalytischen Material kommen . Zum Beispiel ist das fotokatalytische Material gleichmäßig über die gesamte an die Durchführung grenzende Fläche verteilt auf dieser angeordnet .
Gemäß einer Aus führungs form ist der Wellenleiter einstückig ausgebildet . Das heißt , alle Bereiche des Wellenleiters können integral miteinander ausgebildet sein und enthalten das gleiche Material oder bestehen aus dem gleichen Material . Das Innere des Wellenleiters ist im Rahmen der Herstellungstoleranz beispielsweise frei von Grenz flächen, an denen die Strahlung gebrochen werden kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Filterelement ein oder mehrere weitere Wellenleiter zur Führung von Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, auf . Die Wellenleiter weisen j eweils eine Auskoppel fläche zur Auskopplung von Strahlung auf . Alle im Zusammenhang mit dem einen Wellenleiter of fenbarten Merkmale sind auch für die weiteren Wellenleiter of fenbart . Das fotokatalytische Material kann auf den Auskoppel flächen mehrerer oder aller Wellenleiter angeordnet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind die weiteren Wellenleiter parallel zu dem Wellenleiter angeordnet . Zum Beispiel erstrecken sich die Wellenleiter j eweils entlang einer Mittellinie und die Mittellinien bilden Parallelkurven . Im Falle von zweidimensionalen Wellenleitern können die Hauptseiten der Wellenleiter parallel zueinander angeordnet sein .
Die Wellenleiter sind bevorzugt paarweise voneinander beanstandet , so dass zwischen ihnen das Umgebungsmedium hindurchströmen kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form liegt das fotokatalytische Material zumindest teilweise , also teilweise oder vollständig, in Form von fotokatalytischen Partikeln vor . Bei den fotokatalytischen Partikeln kann es sich um Nanopartikel handeln . Die fotokatalytischen Partikel sind beispielsweise an ihrer j eweiligen Außenfläche oder vollständig aus dem fotokatalytischen Material gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind die fotokatalytischen Partikel in einem Verbundmaterial eingebettet . Ein Teil der fotokatalytischen Partikel ragt dabei aus dem Verbundmaterial heraus , um den direkten Kontakt zu dem Umgebungsmedium zu ermöglichen . Bei dem Verbundmaterial kann es sich um ein Glas oder ein Polymer, zum Beispiel Cytop oder Flurpolymer, oder ein Silikon oder Siloxan handeln .
Das Verbundmaterial ist insbesondere so eingerichtet , dass dieses die fotokatalytische Partikel zusammenhält und/oder auf der aufgebrachten Oberfläche befestigt ist . Das Verbundmaterial ist zum Beispiel durchlässig oder transparent für die über die Auskoppel fläche austretende Strahlung, insbesondere für UV-Strahlung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das fotokatalytische Material TiOg als Fotokatalysator auf oder besteht daraus . Das TiOg liegt beispielsweise in Anatase-Form vor . Das TiOg kann dotiert sein, wodurch eine Anregung durch sichtbares Licht statt UV-Strahlung ermöglicht wird . Zum Beispiel ist das TiOg dotiert mit einem Metall , wie Ag, Pt , Fe , Gr, Co , Mo oder V, oder mit einem Nichtmetall , wie B, C, N, S oder F . Alternativ oder zusätzlich kann das fotokatalytische Material ein oder mehrere der folgenden Materialien als Fotokatalysator aufweisen oder daraus bestehen : Halbleitermaterialien basierend auf dO- Ubergangsmetallkationen, wie Ta^+ oder Nb^+ , Nitride oder Oxide von Ga^+ , ln^ + oder Bi^+ , metallorganische Gerüste (MOFs ) , wie MOF-5 , UiO- 66 oder UiO- 66 (NH2 ) .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Wellenleiter als Wärmespeicherelement ausgebildet . So kann das Filterelement beim Reinigen des Umgebungsmediums dem Umgebungsmedium Wärme entziehen . Strömt anschließend wieder ein zu reinigendes Umgebungsmedium an dem Filterelement vorbei und/oder durch das Filterelement hindurch, zum Beispiel in entgegengesetzter Richtung, so kann dieses Umgebungsmedium die in dem Wellenleiter gespeicherte Wärme auf nehmen .
Beispielsweise weist das Material des Wellenleiters eine spezi fische Wärmekapazität von zumindest 500 J/ ( kg - K) oder zumindest 750 J/ ( kg - K) auf . Beispielsweise umfasst oder besteht der Wellenleiter aus Quarzglas , das sowohl transparent für UV-Strahlung, insbesondere UVC-Strahlung, ist als auch die zuvor angegebene spezi fische Wärmekapazität aufweist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Filterelement weiter eine Strahlungsquelle , zum Beispiel eine UV- Strahlungsquelle , zur Einkopplung von Strahlung in den Wellenleiter auf . Zum Beispiel emittiert die Strahlungsquelle im bestimmungsgemäßen Betrieb UVA- und/oder UVB- und/oder UVC-Strahlung und/oder sichtbares Licht . Beispielsweise liegt ein globales Intensitätsmaximum der von der Strahlungsquelle im Betrieb emittierten Strahlung im UV-Bereich, zum Beispiel im UVA- oder im UVB- oder im UVC-Bereich, oder im sichtbaren Spektralbereich . Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Strahlungsquelle so angeordnet , dass im Betrieb Strahlung aus der Strahlungsquelle in den Wellenleiter eingekoppelt wird, zum Beispiel über die Einkoppel fläche . Beispielsweise ist die Strahlungsquelle so angeordnet , dass die von ihr emittierte Strahlung direkt auf den Wellenleiter tri f ft . Die Strahlungsquelle kann einer Einkoppel fläche des Wellenleiters zugewandt sein beziehungsweise gegenüberliegen .
Das Filterelement kann mehrere Strahlungsquellen aufweisen . Alle im Zusammenhang mit der zuvor beschriebenen Strahlungsquelle of fenbarten Merkmale sind auch für alle weiteren Strahlungsquellen of fenbart . Die Strahlungsquellen können beispielsweise symmetrisch und/oder mit äquidistanten Abständen an oder um den Wellenleiter angeordnet sein . Jedem Wellenleiter können ein oder mehrere Strahlungsquellen zugeordnet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Strahlungsquelle eine oder mehrere Leuchtdioden für die Erzeugung der Strahlung auf . Die Leuchtdiode umfasst beispielsweise einen Halbleiterchip, zur Erzeugung einer Primärstrahlung, die konvertiert oder unkonvertiert , von der Leuchtdiode emittiert wird . Der Halbleiterchip kann auf einem I I I-V-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlGaN, basieren .
Als nächstes wird der Filter angegeben . Der Filter ist beispielsweise ein Filtersystem mit mehreren Komponenten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Filter ein Filterelement nach einem der hier beschriebenen Aus führungsbeispiele auf . Der Filter kann auch mehrere solcher Filterelemente aufweisen, die beispielsweise entlang einer Strömungsrichtung des zu reinigenden Umgebungsmediums hintereinander angeordnet sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Filter eine Fördereinheit auf , um das zu reinigende Umgebungsmedium über das fotokatalytische Material des Filterelements zu befördern . Bei der Fördereinheit kann es sich um eine Pumpe oder um ein Gebläse handeln . Die Fördereinheit kann in Strömungsrichtung des zu reinigenden Umgebungsmediums vor oder nach dem Filter angeordnet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Filter ein Wärmespeicherelement zur Speicherung von der von dem zu reinigenden Umgebungsmedium abgegebenen Wärme auf . Das Wärmespeicherelement weist beispielsweise ein Material mit einer hohen spezi fischen Wärmekapazität , zum Beispiel einer spezi fischen Wärmekapazität von zumindest 500 J/ ( kg - K) oder zumindest 750 J/ ( kg - K) , auf oder besteht daraus . Das Wärmespeicherelement kann auf Keramik basieren oder aus Keramik bestehen . Bei der Keramik handelt es sich zum Beispiel um Aluminiumoxid . Das Wärmespeicherelement kann in Strömungsrichtung des zu reinigenden Umgebungsmediums vor oder nach dem Filterelement angeordnet sein .
Neben dem hier beschriebenen Filterelement kann der Filter ein oder mehrere andere Filterelemente aufweisen, die auf einer anderen Technologie basieren . Zum Beispiel weist der Filter ein oder mehrere HEPA-Filterelemente und/oder Aktivkohlefilterelemente und/oder Grobfilterelemente auf .
Außerdem kann der Filter eine oder mehrere Elektronikkomponenten, beispielsweise zur Steuerung der Fördereinheit und/oder der Strahlungsquellen, aufweisen . Der Filter ist beispielsweise so eingerichtet , dass er in zwei entgegengesetzte Richtungen betrieben werden kann . Dazu ist die Fördereinheit beispielsweise so eingerichtet , dass sie das zu reinigende Umgebungsmedium in zwei entgegengesetzte Richtungen befördern kann . Der Filter kann ein dezentraler Filter sein . Beispielsweise ist der Filter ein Umluftfilter für einen Innenraum .
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Filterelement sowie ein hier beschriebener Filter unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Es sind dabei j edoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt , vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein . Soweit Elemente oder Bauteile in den verschiedenen Figuren in ihrer Funktion übereinstimmen, wird ihre Beschreibung nicht für j ede der folgenden Figuren wiederholt . Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Elemente möglicherweise nicht in allen Abbildungen mit entsprechenden Bezugs zeichen versehen .
Es zeigen :
Figuren 1 bis 10 verschiedene Aus führungsbeispiele des Filterelements in unterschiedlichen Ansichten,
Figuren 11 und 12 verschiedene Aus führungsbeispiele des Filters in Querschnittsansicht .
In den folgenden Aus führspeispielen handelt es sich bei der verwendeten elektromagnetischen Strahlung immer um UV- Strahlung . Entsprechend sind die Strahlungsquelle (n) UV- Strahlungsquellen . Alternativ könnte aber auch zum Beispiel Strahlung im sichtbaren Spektralbereich und entsprechend Strahlungsquellen, die im sichtbaren Spektralbereich emittieren, verwendet werden .
Figur 1 zeigt ein erstes Aus führungsbeispiel des Filterelements 100 in einer Schnittansicht . Das Filterelement 100 weist einen optischen Wellenleiter 1 , auch Lichtleiter 1 genannt , auf . Der Wellenleiter 1 ist hier länglich ausgebildet , wobei die dargestellte Schnittansicht durch die Längsachse beziehungsweise Mittellinie verläuft . Der Wellenleiter 1 ist dazu eingerichtet , in seinem Inneren UV- Strahlung, zum Beispiel UVC-Strahlung, zu führen . Vorliegend ist der Wellenleiter 1 einstückig ausgebildet und besteht beispielsweise aus Quarzglas oder einem für UVC-Strahlung transparenten Polymer .
An einer Stirnseite 12 des Wellenleiters 1 ist eine UV- Strahlungsquelle 3 , zum Beispiel eine UV Leuchtdiode 3 , angeordnet . Die Stirnseite 12 ist eine Einkoppel fläche des Wellenleiters 1 . Im Betrieb emittiert die UV-Strahlungsquelle 3 UV-Strahlung, die über die Stirnseite 12 des Wellenleiters 1 in den Wellenleiter 1 eingekoppelt wird . Die UV-Strahlen sind durch Pfeile illustriert .
Wie in der Figur 1 zu erkennen ist , tref fen einige der UV- Strahlen auf ihrem Weg durch den Wellenleiter unter einem solchen Winkel auf die quer zur Stirnseite und parallel zur Längsachse des Wellenleiters 1 verlaufende Außenfläche 10 des Wellenleiters 1 , dass diese UV-Strahlen aus dem Wellenleiter 1 aus gekoppelt werden . Die Außenfläche 10 bildet eine Auskoppel fläche 10 des Wellenleiters 1 . Strahlen, die unter besonders großen Winkeln auf die Auskoppel fläche 10 tref fen, werden total reflektiert und weiter im Wellenleiter 1 geführt .
Auf der Auskoppel fläche 10 des Wellenleiters 1 ist ein fotokatalytisches Material 2 angeordnet . Vorliegend handelt es sich bei dem fotokatalytischen Material 2 um fotokatalytische Nanopartikel 20 , zum Beispiel aus TiOg in Anatase-Form, die in einem Verbundmaterial 21 , beispielsweise aus Silikon, eingebettet und mittels des Verbundmaterials 21 auf der Auskoppel fläche 10 befestigt sind . Die fotokatalytischen Nanopartikel 20 ragen dabei aus dem Verbundmaterial 21 hervor, so dass diese für ein zu reinigendes Umgebungsmedium frei zugänglich sind . Im Aus führungsbeispiel der Figur 1 ist das fotokatalytische Material 2 über die gesamte Auskoppel fläche 10 gleichmäßig verteilt .
In Figur 1 sind ein Bakterium 51 , ein Virus 52 und ein VOC 53 auf der Auskoppel fläche 10 in Kontakt mit dem fotokatalytischen Material 2 .
Ein Teil der über die Auskoppel fläche 10 ausgekoppelten UV- Strahlung regt einen Teil der fotokatalytischen Nanopartikel 20 an . TiOg ist ein Halbleiter und die absorbierte UV- Strahlung erzeugt darin Elektron-Loch-Paare , wenn die Energie der Photonen größer als die Bandlücke ist . Die Elektronen oder Löcher können im TiOg an die Oberfläche di f fundieren und erzeugen dort Radikale , die zur Zersetzung von Umweltschadstof fen, wie Bakterien, Viren, VOCs , Ammoniak, NOx, SOx, führen . Insbesondere die Löcher haben eine hohe oxidative Wirkung . Aus Wasser werden OH-Radikale gebildet , wodurch die Umweltschadstof fe zersetzt werden . Ein anderer Teil der über die Auskoppel fläche 10 ausgekoppelten UV-Strahlung wird nicht von den fotokatalytischen Partikeln 20 absorbiert , sondern tri f ft auf das zu reinigende Umgebungsmedium . Da auch UV-Strahlung eine germi zide/bakteri zide Wirkung hat , führt dies zu einer zusätzlichen Reinigung beziehungsweise Desinfektion des Umgebungsmediums .
Durch die Materialwahl des Wellenleiters 1 und beispielsweise des Verbundmaterials 21 kann der Brechungsindexunterschied und damit der Totalreflexionswinkel an der Auskoppel fläche 10 eingestellt werden . Dadurch kann beeinflusst werden, wieviel der innerhalb des Wellenleiters 1 geführten UV-Strahlung beim Auftref fen auf die Auskoppel fläche 10 ausgekoppelt wird und welcher Anteil innerhalb des Wellenleiters 1 verbleibt . Die Auskoppel fläche 10 kann weiter durch eine Strukturierung der Auskoppel fläche 10 beeinflusst sein . Auch durch eine Krümmung der Auskoppel fläche 10 entlang der Ausbreitungsrichtung der UV-Strahlung, zum Beispiel durch Krümmung des Wellenleiters 1 , kann die Auskoppelwahrscheinlichkeit erhöht werden .
Figur 2 zeigt ein Aus führungsbeispiel des Filterelements 100 in einer Querschnittsansicht . Eine Strömungsrichtung des zu reinigenden Umgebungsmediums an beziehungsweise durch das Filterelement 100 hindurch ist vorliegend zum Beispiel in die Papierebene hinein oder aus der Papierebene hinaus . Eine Haupterstreckungsrichtung des Filterelements 100 der Figur 2 verläuft beispielsweise ebenfalls aus der Papierebene hinaus oder in die Papierebene hinein .
Das Filterelement 100 umfasst wieder einen Wellenleiter 1 , der aus demselben Material wie in dem vorherigen Aus führungsbeispiel gebildet sein kann . Der Wellenleiter 1 ist einstückig ausgebildet aber vorliegend von einer Mehrzahl von Durchführungen 11 durchdrungen, entlang derer das zu reinigende Umgebungsmedium durch das Filterelement 100 hindurchströmen kann . Die Durchführungen 11 haben in der gezeigten Querschnittsansicht einen hexagonalen Querschnitt und sind in einem Honigwabenmuster angeordnet . Die Grenz flächen des Wellenleiters 1 zu den Durchführungen 11 bilden wie die Außenfläche einen Teil der Auskoppel fläche 10 des Wellenleiters 1 . Der Wellenleiter 1 ist im Bereich der Durchführungen 11 mit dem fotokatalytischen Material 2 beschichtet , so dass das zu reinigende Umgebungsmedium beim Durchströmen mit dem fotokatalytischen Material 2 in Kontakt kommen kann . Das fotokatalytische Material 2 kann wie in der Figur 1 durch fotokatalytische Nanopartikel gebildet sein, die mittels eines Verbundmaterials 21 am Wellenleiter 1 gehalten werden .
Durch die Durchführungen 11 wird die Kontakt fläche für das zu reinigende Umgebungsmedium mit dem fotokatalytischen Material 2 im Vergleich zum Aus führungsbeispiel der Figur 1 vergrößert .
In dem Aus führungsbeispiel des Filterelements 100 der Figur 3 sind im Unterschied zu dem der Figur 2 eine Mehrzahl von UV- Strahlungsquellen 3 auf der Außenfläche des Wellenleiters 1 aufgebracht . Die UV-Strahlungsquellen 3 sind vorliegend beispielsweise wieder UV-Leuchtdioden . Diese sind über ein Verbundmaterial 31 , wie Silikon oder Harz , auf dem Wellenleiter 1 befestigt . Die von den UV-Strahlungsquellen 3 in den Wellenleiter 1 eingekoppelte UV-Strahlung kann sich entlang der Honigwabenstruktur verteilen und so in j ede der Durchführungen 11 gelangen beziehungsweise das fotokatalytische Material 2 an j eder der Durchführungen 11 anregen . Anders als in der Figur 3 dargestellt , könnten die UV-Strahlungsquellen 3 zusätzlich oder alternativ auch auf der Stirnseite des Wellenleiters 1 angeordnet sein .
In dem Aus führungsbeispiel der Figur 4 ist anders als im Aus führungsbeispiel der Figur 3 eine UV-Strahlungsquelle 3 innerhalb einer Durchführung 11 angeordnet . Auch diese UV- Strahlungsquelle 3 kann eine oder mehrere UV-Leuchtdioden aufweisen .
In der Figur 5 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel des Filterelements 100 gezeigt . Im Unterschied zu den vorhergehenden Aus führungsbeispielen sind die Durchführungen 11 durch den Wellenleiter 1 im Querschnitt nicht hexagonal , sondern quadratisch ausgebildet . Außerdem sind die Durchführungen 11 in einem Rechteckmuster angeordnet . UV- Strahlungsquellen 3 sind wieder an der Außenfläche 10 des Wellenleiters 1 angeordnet und über ein Verbundmaterial 31 auf dem Wellenleiter 1 befestigt .
In dem Aus führungsbeispiel des Filterelements 100 der Figur 6 umfasst , anders als in den vorherigen Aus führungsbeispielen, das Filterelement 100 nicht einen Wellenleiter 1 , sondern eine Viel zahl von Wellenleitern 1 . Die Wellenleiter 1 sind j eweils länglich ausgebildete , eindimensionale Wellenleiter, und haben einen hexagonalen Querschnitt . Sie sind äquidistant zueinander in einer Honigwabenstruktur angeordnet . Ein zu reinigendes Umgebungsmedium kann senkrecht zur Papierebene zwischen den Wellenleitern 1 hindurchströmen . Die Wellenleiter 1 sind an ihrer j eweiligen Außenfläche , die die Auskoppel fläche 10 bildet , mit dem fotokatalytischen Material 2 beschichtet . Auch hier kann das fotokatalytische Material 2 wieder in Form von fotokatalytischen Nanopartikeln 20 vorliegen, die in einem Verbundmaterial 21 eingebettet und so auf dem Wellenleiter 1 gehalten sind .
Die Wellenleiter 1 der Figur 6 sind von einem Gehäuse 4 radial umgeben . Das Gehäuse 4 begrenzt und definiert einen Strömungskanal , innerhalb dessen das zu reinigende Umgebungsmedium strömen kann . Das Gehäuse 4 umfasst hier Wände , die den Innenraum begrenzen und beispielsweise undurchlässig für das zu reinigende Umgebungsmedium sind .
In der Figur 7 ist das Filterelement 100 der Figur 6 in einer Querschnittsansicht mit einer Schnittebene parallel zu den Längsachsen beziehungsweise Mittellinien der Wellenleiter 1 gezeigt . Außerdem ist die Strömungsrichtung des zu reinigenden Umgebungsmediums durch Pfeile dargestellt . Wie zu erkennen ist , ist auf beiden gegenüberliegenden Stirnseiten j edes Wellenleiters 1 j eweils eine UV-Strahlungsquelle 3 , zum Beispiel eine UV-Leuchtdiode 3 , angeordnet .
In der Figur 8 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel des Filterelements 100 gezeigt . Hier umfasst das Filterelement 1 100 erneut eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Wellenleitern 1 . Vorliegend sind die Wellenleiter 1 j eweils plattenförmige , zweidimensionale Wellenleiter, wobei die Hauptseiten der Wellenleiter 1 , also die Seiten mit der größten Fläche , senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufen .
Diese Hauptseiten sind Teil der j eweiligen Auskoppel fläche 10 , auf die bei j edem Wellenleiter 1 das fotokatalytische Material 2 in Form von fotokatalytischen Nanopartikeln 20 eingebettet in einem Verbundmaterial 21 aufgebracht ist . Auf gegenüberliegenden Stirnseiten eines j eden Wellenleiters 1 sind UV-Strahlungsquellen 3 angeordnet . Die Wellenleiter 1 sind parallel zueinander angeordnet , so dass die Hauptseiten beziehungsweise Haupterstreckungsebenen parallel zueinander verlaufen . Die Wellenleiter 1 sind außerdem in einem Gehäuse 4 angeordnet , das ringsum die Wellenleiter 1 verläuft und einen Strömungskanal für das zu reinigende Umgebungsmedium definiert . Die Strömungsrichtung des zu reinigenden Umgebungsmediums verläuft hier senkrecht zur Papierebene , so dass das Umgebungsmedium zwischen den Wellenleitern 1 hindurchströmen kann .
In der Figur 9 ist ein Aus führungsbeispiel des Filterelements 100 gezeigt , das ein röhrenförmiges Gehäuse 4 aufweist . Im Zentrum des dadurch definierten Strömungskanals ist ein eindimensionaler Wellenleiter 1 mit kreis förmigem Querschnitt angeordnet . Eine Mittellinie des Wellenleiters 1 verläuft parallel zur Mittelinie des Strömungskanals , wobei die Mittellinien die Papierebene durchstoßen . Die Mantel fläche des Wellenleiters 1 bildet die Auskoppel fläche 10 . Auf der Stirnseite des Wellenleiters 1 kann wieder eine UV- Strahlungsquelle angeordnet sein .
Auf einer Innenseite 40 des Gehäuses 4 ist das fotokatalytische Material 2 angeordnet , vorliegend wieder in Form von fotokatalytischen Nanopartikeln 20 eingebettet in ein Verbundmaterial 21 . Das zu reinigende Umgebungsmedium kann hier senkrecht zur Papierebene zwischen dem Wellenleiter 1 und der Innenseite des Gehäuses 4 strömen .
Im Aus führungsbeispiel der Figur 9 ist anders als in den vorhergehenden Aus führungsbeispielen die Auskoppel fläche 10 des Wellenleiters 1 frei von dem fotokatalytischen Material 2 . Somit durchquert die gesamte oder nahezu die gesamte über die Auskoppel fläche 10 austretende UV-Strahlung zunächst das zu reinigende Umgebungsmedium und tri f ft erst dann auf das fotokatalytische Material 2 , um dieses anzuregen . Hier wird also ein größerer Anteil der ausgekoppelten UV-Strahlung unmittelbar für die Reinigung des Umgebungsmediums verwendet .
In der Figur 10 ist ein Aus führungsbeispiel des Filterelements 100 gezeigt , das sich von dem der Figur 9 lediglich darin unterscheidet , dass hier nun zusätzlich auf die Auskoppel fläche 10 des Wellenleiters 1 das fotokatalytische Material 2 aufgebracht ist .
In der Figur 11 ist ein Aus führungsbeispiel eines Filters in Querschnittsansicht gezeigt . Eine Strömungsrichtung für das zu reinigende Umgebungsmedium verläuft hier von links nach rechts beziehungsweise rechts nach links in der Papierebene . Der Filter umfasst an gegenüberliegenden Enden Grobfilterbeziehungsweise Vorf ilterelemente 400 , um größere Partikel aus dem zu reinigenden Umgebungsmedium heraus zufiltern . Zwischen den gegenüberliegenden Grobfilterelementen 400 ist ein Filterelement 100 , zum Beispiel eines gemäß der beschriebenen Aus führungsbeispiele , ein Wärmespeicherelement 300 und eine Fördereinheit 200 zur Beförderung des zu reinigenden Umgebungsmediums durch den Filter hindurch angeordnet . Handelt es sich bei dem zu reinigenden Umgebungsmedium um Wasser, so kann es sich bei der Fördereinheit 200 um eine Pumpe handeln . Handelt es sich bei dem zu reinigenden Umgebungsmedium um ein Gas , wie Luft , so kann es sich bei der Fördereinheit 200 um ein Gebläse handeln . Die Fördereinheit 200 kann so eingerichtet sein, dass sie das zu reinigende Umgebungsmedium in zwei entgegengesetzte Richtungen durch den Filter befördert . Beispielsweise ist das rechte Ende des Filters in einem Innenraum eines Gebäudes angeordnet und das linke Ende 400 außerhalb dieses Innenraumes angeordnet . Mithil fe der Fördereinheit 200 kann die Luft aus dem Innenraum angesaugt werden, durch das rechte Grobfilterelement 400 , anschließend das Wärmespeicherelement 300 , dann durch das Filterelement 100 und schließlich durch das linke Grobfilterelement 400 aus dem Innenraum hinaus befördert werden . Das Wärmespeicherelement 300 ist beispielsweise ein keramisches Element , zum Beispiel aus Aluminiumoxid, das Wärme aus der vorbeiströmenden Luft speichert . Wird die Strömungsrichtung umgekehrt , wird Luft von außerhalb des Innenraums durch das linke Grobfilterelement 400 angesaugt , strömt dann durch das Filterelement 100 und durch das Wärmespeicherelement 300 und über das rechte Grobfilterelement 400 in den Innenraum . Dabei kann die zuvor im Wärmespeicherelement 300 gespeicherte Wärme an die vorbeiströmende Luft abgegeben werden, um diese auf zuwärmen, so dass erwärmte Luft in den Innenraum geleitet wird . Dies hil ft , Energie zu sparen .
In dem Aus führungsbeispiel des Filters der Figur 12 bildet das Filterelement 100 selbst das Wärmespeicherelement . Dazu sind der oder die Wellenleiter 1 des Filterelements 100 bevorzugt aus einem Material mit einer hohen spezi fischen Wärmekapazität , zum Beispiel aus Quarzglas , gebildet .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist . Bezugs zeichenliste
1 Wellenleiter
2 fotokatalytisches Material
3 UV-Strahlungsquelle
4 Gehäuse
10 Auskoppel fläche
11 Durchführung
12 Stirnseite
20 fotokatalytische Partikel
21 Verbundmaterial
31 Verbundmaterial
40 Innenseite
51 Bakterium
52 Virus
53 VOC
100 Filterelement
200 Fördereinheit
300 Wärmespeicherelement
400 Grobfilterelement

Claims

Patentansprüche
1. Filterelement (100) für die Reinigung eines Umgebungsmediums aufweisend
- einen Wellenleiter (1) zur Führung von Strahlung mit einer Auskoppelfläche (10) zur Auskopplung von Strahlung, wobei der Wellenleiter (1) als Wärmespeicherelement ausgebildet ist,
- ein fotokatalytisches Material (2) für die Reinigung des Umgebungsmediums bei Kontakt mit dem Umgebungsmedium, wobei
- das Filterelement (100) so eingerichtet ist, dass
- zumindest ein Teil einer im Wellenleiter (1) geführten Strahlung über die Auskoppelfläche (10) aus dem Wellenleiter (1) ausgekoppelt wird, und
- zumindest ein Teil der ausgekoppelten Strahlung auf das fotokatalytische Material (2) trifft, um das fotokatalytische Material (2) anzuregen,
- das fotokatalytische Material (2) für einen direkten Kontakt mit dem Umgebungsmedium zumindest teilweise freiliegt .
2. Filterelement (100) nach Anspruch 1, wobei
- die Strahlung UV-Strahlung ist.
3. Filterelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- das Filterelement (100) so eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der über die Auskoppelfläche (10) ausgekoppelten Strahlung auf das Umgebungsmedium trifft.
4. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenleiter (1) zur Führung der Strahlung in eine
Richtung parallel zur Auskoppelfläche (10) eingerichtet ist.
5. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Wellenleiter (1) ein eindimensionaler Wellenleiter ist,
- die Auskoppelfläche (10) eine Mantelfläche des Wellenleiters (1) umfasst.
6. Filterelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
- der Wellenleiter (1) ein zweidimensionaler Wellenleiter ist,
- die Auskoppelfläche (10) einander gegenüberliegende Hauptseiten des Wellenleiters (1) umfasst.
7. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend
- ein Gehäuse (4) , wobei
- der Wellenleiter (1) und das fotokatalytische Material (2) von dem Gehäuse (4) umgeben sind.
8. Filterelement (100) nach Anspruch 7, wobei
- das fotokatalytische Material (2) auf einer Innenseite (40) des Gehäuses (4) angeordnet ist,
- der Wellenleiter (1) von dem Gehäuse (4) beabstandet ist, sodass das Umgebungsmedium zwischen dem fotokatalytischen Material (2) und dem Wellenleiter (1) strömen kann.
9. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei
- das fotokatalytische Material (2) auf der Auskoppelfläche
(10) des Wellenleiters (1) angeordnet ist.
10. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei - der Wellenleiter (1) von zumindest einer Durchführung (11) durchdrungen ist,
- die Durchführung (11) zur Durchströmung mit dem Umgebungsmedium eingerichtet ist,
- das fotokatalytische Material (2) innerhalb der Durchführung (11) auf dem Wellenleiter (1) angeordnet ist.
11. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Wellenleiter (1) einstückig ausgebildet ist.
12. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche weiter aufweisend
- ein oder mehrere weitere Wellenleiter (1) zur Führung von Strahlung mit jeweils einer Auskoppelfläche (10) zur Auskopplung von Strahlung,
- die weiteren Wellenleiter (1) parallel zu dem Wellenleiter (1) angeordnet sind.
13. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das fotokatalytische Material (2) zumindest teilweise in
Form von fotokatalytischen Partikeln (20) vorliegt,
- die fotokatalytischen Partikel (20) in einem Verbundmaterial (21) eingebettet sind.
14. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei das fotokatalytische Material (2) TiOg als Fotokatalysator aufweist.
15. Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche weiter aufweisend - eine Strahlungsquelle (3) zur Einkopplung von Strahlung in den Wellenleiter (1) .
16. Filterelement (100) nach Anspruch 15, wobei - die Strahlungsquelle (3) eine Leuchtdiode für die Erzeugung der Strahlung aufweist.
17. Filter aufweisend
- ein Filterelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- eine Fördereinheit (200) , um das zu reinigende
Umgebungsmedium über das fotokatalytische Material (2) des Filterelements (100) zu befördern und
- ein Wärmespeicherelement (300) zur Speicherung von der von dem zu reinigenden Umgebungsmedium abgegebenen Wärme.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0823280A1 (de) * 1996-02-28 1998-02-11 Hoya Corporation Glasmaterial als träger für einen photokatalysator, filtervorrichtung mit selbigem und bestrahlungsmethode
US20180147313A1 (en) * 2015-12-18 2018-05-31 Commercial Aircraft Corporation of China, Ltd. Photocatalyst cellular component and photocatalytic purification apparatus

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6285816B1 (en) 1999-04-13 2001-09-04 Wisconsin Alumni Research Foundation Waveguide
US20090041632A1 (en) 2007-08-08 2009-02-12 Novapure Systems Inc. Air Purifier System and Method
DE102019209715A1 (de) 2019-07-03 2021-01-07 Robert Bosch Gmbh Trägersystem für eine photokatalytische Oxidation von luftgetragenen Verbindungen und/oder Organismen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0823280A1 (de) * 1996-02-28 1998-02-11 Hoya Corporation Glasmaterial als träger für einen photokatalysator, filtervorrichtung mit selbigem und bestrahlungsmethode
US20180147313A1 (en) * 2015-12-18 2018-05-31 Commercial Aircraft Corporation of China, Ltd. Photocatalyst cellular component and photocatalytic purification apparatus

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