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Die Erfindung betrifft eine ultraviolettstrahlungsbasierte Luftbehandlungsvorrichtung zur Reinigung von Luft.
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Aus dem Stand der Technik ist es dem Grunde nach bekannt, eine Geruchsentfernung sowie eine Entfernung unter anderem von Bakterien und Viren aus einer zu behandelnden Luft durch den Einsatz von Hepa-Filtern, also Schwebstofffiltern, vorzunehmen. Nachteilig ist hierbei der erforderliche Bauraum, der erforderliche Druck bei der Luftführung sowie das Zusetzen der Filter und deren erforderlicher Austausch.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftbehandlungsvorrichtung aufzuzeigen, welche zuverlässig reinigend, insbesondere geruchsreinigend, wirkt, einen getakteten Betrieb und eine hohe Betriebsdauer ermöglicht und störunanfällig ist, sowie ein geringes Gewicht und aufweist und eine geringe Baugröße zulässt.
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Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Luftbehandlungsvorrichtung weist als Grundkomponenten einen Grundkörper und eine Reinigungsbehandlungseinheit auf.
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Der Grundkörper weist einen Lufteintritt und einen Luftaustritt auf. Vorzugsweise hat der Grundkörper dabei in seiner Grundform eine Längserstreckung, wobei dann Lufteintritt und Luftaustritt an den gegenüberliegenden Stirnseiten angeordnet sind. Es sind jedoch auch anderen Geometrien des Grundkörpers möglich, womit die Luftbehandlungsvorrichtung vorteilhaft an vorgegebene Einbauräume angepasst werden kann.
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Weiterhin bildet der Grundkörper einen Behandlungsraum aus. Der Grundkörper ist daher als Hohlkörper ausgebildet, wobei es sich beispielsweise um eine hohlzylindrische Form handeln kann. Der Behandlungsraum ist mit dem Lufteintritt und mit dem Luftaustritt verbunden, so dass zu behandelnde Luft, nachfolgend auch als Behandlungsluft bezeichnet, durch den Lufteintritt in den Behandlungsraum eingeführt, durch den Behandlungsraum hindurchgeführt und durch den Luftaustritt aus dem Behandlungsraum wieder ausgeführt werden kann. Dabei bildet die von dem Lufteintritt zu dem Luftaustritt geführte Behandlungsluft in dem Behandlungsraum einen Luftstrom aus. Die Führung der Behandlungsluft und die Erzeugung des Luftstroms wird beispielsweise durch eine Druckdifferenz zwischen Lufteintritt und Luftaustritt bewirkt, die durch ein externes Gebläse herbeigeführt werden kann. Optional kann aber auch ein Gebläse direkt dem Lufteinlass oder dem Luftauslass zugeordnet oder in dem Behandlungsraum angeordnet sein. Bei der Behandlungsluft kann es sich vorzugsweise um Luft in deren typischer atmosphärischer Zusammensetzung handeln, ohne darauf beschränkt zu sein. Als Behandlungsluft im Sinne der Erfindung wird vielmehr jedes gasförmige Medium verstanden.
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Ferner nimmt der Grundkörper die Reinigungsbehandlungseinheit auf. Dies bedeutet, dass die Reinigungsbehandlungseinheit in dem Behandlungsraum angeordnet und in ihrer Lagebeziehung zu dem Grundkörper festgelegt ist, beispielsweise durch Befestigung an den Innenwandungen des Grundkörpers.
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Die Reinigungsbehandlungseinheit weist eine UVA-LED-Einheit auf. Die UVA-LED-Einheit stellt eine UVA-Strahlung bereit. Als UVA-Strahlung im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird eine Ultraviolettstrahlung im Wellenlängenbereich von 315 bis 380 nm, vorzugsweise von 365 bis 380 nm verstanden. Die UVA-LED-Einheit weist mindestens eine UV-LED (Ultraviolett-Leuchtdiode), vorzugsweise aber eine Mehrzahl von UV-LED auf, welche die UVA-Strahlung abgeben.
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Die UVA-LED-Einheit weist eine Mehrzahl von UVA-LED auf, welche zueinander beabstandet sind. Durch die Beabstandung wird erreicht, dass die UVA-Strahlung aus unterschiedlichen Positionen abgestrahlt wird und damit in unterschiedlichen Winkeln einstrahlt.
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Ferner weist die Reinigungsbehandlungseinheit ein Strömungsleitelement auf, welches in dem Luftstrom angeordnet ist und den Luftstrom beeinflusst. Das Strömungselement kann dabei insbesondere auch mehrteilig ausgebildet sein. Bevorzugt handelt es sich um eine Gitterstruktur oder eine quer in den Luftstrom gestellte Lochstruktur, welche den Luftstrom homogenisiert und vorzugsweise zugleich die Behandlungsluft über die Oberfläche leitet.
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Das Strömungselement weist eine photokatalytische Oberfläche auf. Die photokatalytische Oberfläche wird mit der UVA-Strahlung beaufschlagt und somit aktiviert. Zugleich steht die photokatalytische Oberfläche in einem erzwungenem zuverlässigen Berührungskontakt zu dem Luftstrom. Insbesondere kann es sich bei der photokatalytischen Oberfläche um Titandioxid, vorzugsweise in einer Sol-Gel-Beschichtung, handeln. Durch die UVA-Strahlung wird die photokatalytische Oberfläche aktiviert und bewirkt an der Kontaktfläche zur Behandlungsluft eine Aufspaltung und damit Beseitigung der in der Behandlungsluft vorhandenen chemischen Verbindungen, welche als Gerüche wahrgenommen werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um Kohlenwasserstoffverbindungen. Es können auch noch weitere chemische Verbindungen aufgespalten werden.
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Erfindungsgemäß ist die photokatalytische Oberfläche des Strömungsleitelements als Elektrospinning-Oberfläche ausgebildet ist. Als Elektrospinning-Oberfläche im Sinne dieser Weiterbildung wird eine Oberfläche verstanden, die eine Struktur des photokatalytisch wirksame Materials aus Nanofasern, die als Vlies angeordnet sind, aufweist, wie sie insbesondere mittels Elektrospinning-Verfahren erhalten werden kann. Als Nanofasern werden dabei Fasern mit einem Durchmesser von kleiner als 1000 nm verstanden. Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht in einer vergrößerten wirksamen Oberfläche, welche für die photokatalytische Wirkung zur Verfügung steht und die Reinigungsbehandlung bewirkt. Vorteilhaft erfolgt die Oberflächenvergrößerung dabei in mikroskopischer Ebene, ohne dass in makroskopischer Ebene größere Abmessungen für das Strömungselement bereitgestellt werden müssen. Dies ermöglicht eine weitere Miniaturisierung. Ferner erlaubt diese Weiterbildung es, die Geometrie des Strömungselements nicht makroskopisch oberflächenmaximiert, sondern vorrangig nach den Zielsetzungen einer effektiven Strömungsbeeinflussung des Luftstroms zu gestalten.
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Wie beschrieben weist die UVA-LED-Einheit eine Mehrzahl von UVA-LED auf, welche zueinander beabstandet angeordnet sind. Dem liegt zu Grunde dass gefunden wurde, dass die photokatalytische Wirkung bei gleicher UVA-Strahlungsleistung erhöht werden kann, wenn die Beaufschlagung der UVA-Strahlung aus unterschiedlichen Winkeln erfolgt, sofern eine besondere Strukturierung der Oberfläche geschaffen wird. Dies gilt konkret bei einer Elektrospinning-Oberfläche. Da es sich bei den UVA-LED um Punktstrahler handelt ist hierzu vorgesehen, dass durch beabstandeten UVA-LED die photokatalytische Oberfläche an ein und demselben Punkt aus unterschiedlichen Winkeln angestrahlt wird. Aufgrund der mikrostrukturierten Elektrospinning-Oberfläche in Kombination mit der Anstrahlung aus unterschiedlichen Winkeln erhöht sich die effektiv photokatalytisch aktivierte Fläche der photokatalytischen Oberfläche.
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Erst durch diese Kombination wurde überraschend gefunden, dass das zwar an sich bekannte Prinzip der photokatalytischen Reinigung, welches für eine Luftreinigungsanlage mit den in der Aufgabe beschriebenen Anforderungen bisher als abwegig erschien, genutzt werden kann.
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Die erfindungsgemäße photokatalytische Luftbehandlungsvorrichtung ist für folgende bestimmungsgemäße Funktionsweise ausgebildet.
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Mittels der Reinigungsbehandlungseinheit wird eine chemische Behandlung der Behandlungsluft bewirkt, indem dort enthaltene chemischen Verbindungen, die Gerüche bewirken, photokatalytisch aufgespalten werden. Dies wird nachfolgend auch als Reinigungsbehandlung bezeichnet.
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Die erfindungsgemäße Luftbehandlungsvorrichtung insbesondere ist dadurch gekennzeichnet, dass die UVA-Strahlung in der Reinigungsbehandlungseinheit durch UV-LED als UV-Strahlungsquellen bereitgestellt wird.
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Damit ist der besondere Vorteil verbunden, dass die UV-Strahlungen nach einem Einschalten praktisch verzögerungsfrei zu Verfügung stehen, so dass ein Austritt von Behandlungsluft ohne Behandlung oder ohne ausreichende Behandlung ohne Zusatzmaßnahmen wie einer zeitverzögerten Zuschaltung eines Gebläses verhindert wird.
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Ferner weist die erfindungsgemäße Luftbehandlungsvorrichtung damit den Vorteil auf, dass ein getakteter Betrieb, also eine häufige Abfolge von Einschaltungen und Abschaltungen, ohne Beeinträchtigungen der Behandlungsqualität möglich ist.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch eine hohe Anzahl von Ein- und Abschaltungen keine erheblichen Reduzierungen der Lebensdauer der UV-Strahlungsquelle, also der UVA-LED-Einheit, verursacht. Damit ist vorteilhaft eine Reduzierung des Aufwands für Überprüfungen und für den Austausch der UV-Strahlungsquelle verbunden.
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Ein weiterer Vorteil besteht durch den Verzicht auf Rückhaltefilter wie Schwebstofffilter darin, dass zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass nur ein geringer Druckverlust entsteht, so dass die erfindungsgemäße Luftbehandlungsvorrichtung in vielen Anwendungsfällen an ohnehin vorhandene Luftführungen der Behandlungsluft angeschlossen und auf zusätzliche Gebläse verzichtet werden kann.
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Vorteilhaft ist ferner die Stoßunempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Luftbehandlungsvorrichtung, da insbesondere keine UV-Stablampen vorhanden sind.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass die die erfindungsgemäße Luftbehandlungsvorrichtung eine starke Miniaturisierung zulässt. Diese Miniaturisierung bezieht sich sowohl auf den benötigten Bauraum, als auch auf das Gewicht.
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Weiterhin besteht der Vorteil einer Bauformvariabilität, so dass die äußere Form je nach zur Verfügung stehendem Bauraum gestaltet werden kann.
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Zudem besteht der Vorteil einer hohen Energieeffizienz. Diese beruht zum ersten auf der neuen Lösung, die photokatalytische Oberfläche als Elektrospinning-Oberfläche auszubilden und zugleich die Elektrospinning-Oberfläche mit einer Mehrzahl von UVA-LED aus unterschiedlichen Winkel anzustrahlen. Damit wid bei gleicher Strahlungsleistung eine höhere photokatalytische Wirkung erzielt. Zum zweiten beruht die hohe Energieeffizienz auf einem hohen Wirkungsgrad der UVA-Strahlungsquelle als UVA-LED. Zum dritten beruht die Energieeffizienz auch darauf, dass ein getakteter Betrieb problemlos möglich ist und somit Ein- und Abschaltungen je nach Bedarf erfolgen können und so ein nicht erforderlicher Dauerbetrieb vermieden wird. Zum vierten ist leglich ein geringer Energieaufwand für die Luftführung erforderlich.
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Durch die aufgeführten Vorteile wie möglicher getakteter Betrieb, Miniaturisierung, Stoßunempfindlichkeit, geringer Gebläseaufwand hohe Energieeffizienz und geringer Wartungsaufwand ist die erfindungsgemäße Luftbehandlungsvorrichtung besonders für mobile Anwendungen in Fahrzeugen geeignet.
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Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Luftbehandlungsvorrichtung zur Behandlung einer Laderaumluft eines Kühltransporters Anwendung finden. Die Laderaumluft dient der Kühlung des Laderaums und tritt zugleich in direkten Kontakt mit dem zu kühlenden Ladegut, bei dem es sich häufig um Lebensmittel mit hohen Geruchsbildungen wie beispielsweise Fleisch handelt. Temperaturgesteuert wird die Laderaumluft über das Kühlaggregat zu und abgeschaltet, so dass hier die Möglichkeit eines getakteten Betriebs der erfindungsgemäßen Luftbehandlungsvorrichtung von besonderem Vorteil ist.
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Luftbehandlungsvorrichtung zur Behandlung der Innenraumluft eines Personenkraftwagens oder eines Lastkraftwagens oder eines Busses eingesetzt werden. Für diese Anwendungen, insbesondere bei Personenkraftwagen, sind besonders die Vorteile einer möglichen Miniaturisierung und der Bauformvariabilität von Bedeutung.
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Eine weitere wichtige mögliche Anwendung ist die Behandlung einer Kabinenluft eines Krankenwagens. Auch hier besteht eine sehr begrenzter Bauraum. Bei dieser Anwendung werden durch die Reinigungsbehandlung sowohl das Einsatzpersonal, als auch Patienten vor Geruchsbelastungen, die von bestimmten Einsatzgegebenheiten ausgehen können, geschützt.
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Gemäß einer weiterführenden vorteilhaften Weiterbildung weisen an mindestens einem Punkt der photokatalytischen Oberfläche mindestens zwei UVA-LED einen Einstrahlungswinkel zueinander von 30° bis 120° auf. Es wurde gefunden, dass in diesem Winkelbereich die Effizienz der photokatalytischen Wirkung und damit der Reinigungsbehandlung in besonderer Weise erhöht werden kann. Besonders bevorzugt weisen die mindestens zwei UVA-LED einen Einstahlwinkel zueinander von 30° bis 60° auf.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
- 1 Schematische Ansicht in perspektivischer Darstellung
- 2 - Prinzipdarstellung mit beabstandeten UVA-LED
- 3 Prinzipdarstellung einer Einstrahlung auf eine Nanofaser einer Elektrospinning-Oberfläche
näher erläutert.
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In dem Ausführungsbeispiel weist gemäß 1 die Luftbehandlungsvorrichtung einen längserstreckten quaderförmigen Grundkörper 1 mit rechteckigen Stirnflächen auf, in denen ein Lufteinlass 3 und ein Luftauslass 4 angeordnet sind. In 1 sind zur besseren Ansicht des Innenraums zwei Seitenwandungen des Grundkörpers 1 nicht dargestellt. Der Behandlungsraum 5 ist mit dem Lufteinlass 3 und dem Luftauslass 4 verbunden. Die jeweils stirnseitigen Pfeile zeigen die Strömungsrichtung der Behandlungsluft beim Einströmen in den Lufteintritt 3 und beim Ausströmen aus dem Luftaustritt 4 an. Durch die Strömung bildet die Behandlungsluft einen Luftstrom aus. Im Ausführungsbeispiel weist die Luftbehandlungsvorrichtung kein eigenes Gebläse auf. Die Strömung der Behandlungsluft wird im Ausführungsbeispiel durch eine Druckdifferenz zwischen Lufteinlass 3 und Luftauslass 4 herbeigeführt, der durch ein externes Gebläse (nicht dargestellt) außerhalb der Luftbehandlungsvorrichtung bereitgestellt wird.
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Die Behandlungsluft strömt nach dem Eintritt in den Behandlungsraum 5 weiter in Richtung der Reinigungsbehandlungseinheit 2. Die Reinigungsbehandlungseinheit 2 weist eine UVA-LED-Einheit 6 sowie ein Strömungsleitelement 7 auf. Das Strömungsleitelement 7 ist im Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet und weist drei quer zum Luftstrom angeordnete gelochte Plattenstrukturen auf, durch welche der Luftstrom vergleichmäßigt wird und zugleich ein intensiver Berührungskontakt der Behandlungsluft zu der photokatalytischen Oberfläche der gelochten Plattenstrukturen bewirkt wird. Die gelochten Plattenstrukturen sind im Ausführungsbeispiel schräg in Richtung der UVA-LED der UVA-LED-Einheit 6 geneigt. Im Ausführungsbeispiel weist die photokatalytische Oberfläche Titandioxid auf. Die UVA-LED-Einheit 6 erzeugt eine UVA-Strahlung im Wellenlängenbereich von 315 bis 380 nm, vorzugsweise von 365 bis 380 nm. Diese UVA-Strahlung wirkt auf die photokatalytische Oberfläche der gelochten Plattenstrukturen und aktiviert diese. Dadurch wird an der Kontaktfläche zur Behandlungsluft eine photokatalytische Reaktion bewirkt, welche Gerüche verursachende Kohlenwasserstoffverbindungen aufspaltet und somit die Gerüche beseitigt.
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Die gereinigte Behandlungsluft tritt über den Luftaustritt 4 aus dem Behandlungsraum 5 wieder aus und steht zur weiteren Verwendung zur Verfügung.
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In dem Ausführungsbeispiel ist, wie gemäß 2 und 3 dargestellt, die photokatalytische Oberfläche 8 des Strömungsleitelements 7 als Elektrospinning-Oberfläche ausgebildet und weist zahlreiche als Vlies zueinander angeordnete ungerichtete Nanofasern auf. 2 zeigt dabei lediglich einen Abschnitt der photokatalytischen Oberfläche 8 und des Strömungsleitelements 7. Die UVA-LED-Einheit 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von UVA-LED 9 auf. Der Abstrahlbereich der beiden UVA-LED 9 wird durch gestrichelte Linien dargestellt. Die UVA-LED 9 weisen dabei zueinander Abstände auf, so dass sich zwischen mindestens zwei der UVA-LED 9 und mindestens einem Punkt der photokatalytischen Oberfläche ein Einstrahlungswinkel zwischen 30 und 60° bildet.
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3 stellt ebenfalls das Ausführungsbeispiel dar und zeigt schematisch zwei UVA-LED 9 der UVA-LED-Einheit 6 aus 2 sowie eine stark vergrößerte Nanofaser im Schnitt, vereinfacht als Kreis (ohne Bezugszeichen). Ferner wird der Abstrahlbereich der beiden UVA-LED 9 durch gestrichelte Linien dargestellt. Durch diese Einstrahlung aus unterschiedlichen Winkeln auf die Nanofaser wird effektiv eine größere Oberfläche mit UVA-Strahlung beaufschlagt. Die mit UVA-Strahlung beaufschlagte Oberfläche der Nanofaser ist in 3 fett hervorgehoben. Hieraus ist ersichtlich, dass der abgeschattete rückseitige Bereich der Nanofaser geringer ist, als wenn diese nur aus einer Richtung beziehungsweise von einem Punkt angestrahlt werden würde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Reinigungsbehandlungseinheit
- 3
- Lufteintritt
- 4
- Luftaustritt
- 5
- Behandlungsraum
- 6
- UVA-LED-Einheit
- 7
- Strömungsleitelelement
- 8
- photokatalytische Oberfläche
- 9
- UVA-LED
- α
- Einstrahlungswinkel
