DE102020113798A1

DE102020113798A1 - Reinigungselement zur Luftreinigung in einem Belüftungssystem und Belüftungssystem mit einem solchen Reinigungselement

Info

Publication number: DE102020113798A1
Application number: DE102020113798.2A
Authority: DE
Inventors: Jochen Fiedler
Original assignee: Dr Schneider Kunststoffwerke GmbH
Current assignee: Dr Schneider Kunststoffwerke GmbH
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-11-25

Abstract

Es werden ein Reinigungselement zur Luftreinigung in einem Belüftungssystem und ein Belüftungssystem mit einem solchen Reinigungselement beschrieben, wobei das Reinigungselement ein Vlies (12) aufweist und das Vlies (12) mindestens abschnittsweise eine photokatalytisch wirksame Beschichtung aufweist oder aus einem photokatalytisch wirksamen Material besteht. Zusätzlich ist vorgesehen, dass das Vlies (12) mindestens abschnittsweise eine selbstreinigende katalytische Beschichtung (16) aufweist oder aus einem selbstreinigenden katalytischen Material besteht.

Description

Es werden ein Reinigungselement zur Luftreinigung in einem Belüftungssystem und ein Belüftungssystem mit einem solchen Reinigungselement beschrieben. Bei dem Belüftungssystem kann es sich bspw. um das Belüftungssystem eines Fahrzeugs, wie bspw. eines Kraftfahrzeugs, oder eines Schiffes, eines Schienenfahrzeugs oder eines Flugzeugs handeln. Insbesondere dient das Belüftungssystem auch zur Reinigung von Gasen oder Gasgemischen, wie bspw. Luft, wobei flüchtige organische Verbindungen („volatile organic compounds“ - VOC), Schadstoffe und schlechte Gerüche aus dem Gasstrom entfernt werden.
Hintergrund
Zur Beseitigung von VOCs, Schadstoffen und schlechten Gerüchen werden bereits Luftfiltereinrichtungen eingesetzt, die mit einem photokatalytischen Material beschichtete Oberflächen oder mit einem solchen Material beschichtete Vliese aufweisen, wobei die photokatalytische Oberfläche von einer ultraviolettes Licht emittierenden Strahlungsquelle bestrahlt wird. Die Strahlungsquelle bewirkt eine Aktivierung des photokatalytischen Materials. An der aktivierten Oberfläche erfolgt dann eine Zersetzung und damit eine Eliminierung von Schadstoffen, schlechten Gerüchen und VOCs.
Stand der Technik
Aus DE 10 2017 116 307 A1 ist bspw. eine Luftreinigungseinheit mit einem Gehäuse, das mindestens eine Eingangsöffnung zur Zuführung eines Luftstroms und mindestens eine Ausgangsöffnung zur Ausleitung des über die Eingangsöffnung zugeführten Luftstroms besitzt, bekannt, wobei im Gehäuse mindestens eine Luftreinigungseinheit und mindestens eine Beleuchtungseinheit angeordnet sind, und wobei die mindestens eine Luftreinigungseinheit und die mindestens eine Beleuchtungseinheit einander gegenüberliegend im Gehäuse angeordnet sind. Die mindestens eine Luftreinigungseinheit besitzt mindestens einen photokatalytisch wirksamen Bereich und eine Selbstreinigung.
Die zur katalytischen Reinigung in Kraftfahrzeuginnenräumen ausgebildete Luftreinigungseinheit umfasst die Beleuchtungseinheit, welche der Luftreinigungseinheit gegenüberliegend angeordnet ist. Die Aktivierung der Oberfläche mit dem photokatalytisch wirksamen Bereich erfolgt nur in dem Abschnitt, welcher der Beleuchtungseinheit zugeordnet ist. Bereiche der photokatalytisch wirksamen Oberfläche der Luftreinigungseinheit, welche der Beleuchtungseinheit abgewandt sind, werden damit nicht aktiviert. In diesen Bereichen kann es lediglich über Effekte im Halbleiter zu einer Aktivierung der photokatalytischen Beschichtung kommen, die zu einer Elektronenwanderung führen.
Eine solche Aktivierung ist jedoch sehr schwach. Im Fall einer schwachen Aktivierung und einer hohen Schadgaskonzentration bzw. dem Vorliegen einer hohen Belastung des geführten Luftstroms mit Verunreinigungen (z.B. VOC, schlechte Gerüche, etc.), führt dies zu einem unvollständigen Abbau bzw. nur zu einer An-Oxidation, sodass bspw. kurz-, mittel- und langkettige Aldehyde entstehen können, welche eine Gesundheitsgefährdung darstellen.
Das Problem tritt stets dann auf, wenn nicht die gesamte photokatalytisch wirksame Oberfläche bzw. ein photokatalytisch wirksamer Bereich mit UV-Licht aktiviert werden können.
Zur Vermeidung dieses Problems müssten eine Vielzahl von UV-Licht emittierenden Einheiten vorgesehen sein. Dies ist jedoch häufig aus Gründen der Anordnung und der Position von Luftreinigungseinheiten und dem nicht vorhandenen Platz bzw. der Unerreichbarkeit der photokatalytisch wirksamen Bereiche nicht möglich.
Aufgabe
Demgegenüber besteht die Aufgabe darin, eine Lösung anzugeben, auch bei einer schwachen oder unvollständigen Aktivierung einer photokatalytisch wirksamen Schicht eine vollständige Eliminierung von Schadstoffen zu erreichen, damit es nicht zur Entstehung von gesundheitsgefährdenden Nebenprodukten durch eine nicht vollständige Oxidation von Schadstoffen kommt.
Insbesondere soll erreicht werden, dass gezielt Aldehyde und Amine, also riechbare Gasbestandteile eines Gasgemisches (z.B. Luft) bei Raumtemperatur abgebaut werden können. Ferner soll eine nur teilweise Oxidation durch eine schwache Aktivierung vermieden und eine erhebliche Steigerung der Abbauraten von Schadstoffen erreicht werden.
Lösung
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Reinigungselement zur Luftreinigung in einem Belüftungssystem gelöst, aufweisend ein Vlies, wobei das Vlies

- mindestens abschnittsweise eine photokatalytisch wirksame Beschichtung aufweist oder aus einem photokatalytisch wirksamen Material besteht, und
- mindestens abschnittsweise eine selbstreinigende katalytische Beschichtung aufweist oder aus einem selbstreinigenden katalytischen Material besteht.

Das Reinigungselement verhindert die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten durch eine unvollständige Oxidation. Die mindestens abschnittsweise selbstreinigende katalytische Beschichtung bzw. das selbstreinigende, katalytische Material bewirken auch bei der Abwesenheit von ultraviolettem Licht bzw. einer schwachen Aktivierung einer photokatalytisch wirksamen Schicht eine vollständige Oxidation von Schadstoffen, sodass ein verbessertes Reinigungsergebnis gegenüber bekannten Reinigungssystemen aus dem Stand der Technik erreicht wird.
Das Vlies selbst kann aus einem photokatalytisch wirksamen Material gefertigt sein oder eine Beschichtung aus einem photokatalytisch wirksamen Material aufweisen. Auf das Vlies wird dann die selbstreinigende katalytische Beschichtung aufgebracht oder ein Teil des Vlieses besteht aus einem selbstreinigenden katalytischen Material. Weiterhin kann in weiteren Ausführungsformen das Vlies aus einem Textil natürlichen oder künstlichen Ursprungs bestehen und nur mit einer photokatalytisch wirksamen Schicht und einer selbstreinigenden katalytischen Schicht beschichtet werden bzw. beschichtet sein.
Die Ausbildung des Reinigungselementes erlaubt es auch dann eine Reinigung der Luft vorzunehmen, wenn beispielsweise ein Belüftungssystem nicht in Betrieb ist. So kann beispielsweise in Kraftfahrzeugen auch dann eine Luftreinigung erfolgen, wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist. Zwar wird nur ein geringer Teil der im Innenraum des Fahrzeugs sich befindlichen Luft an das Reinigungselement herangeführt, jedoch erfolgt hierbei eine zusätzliche Unterstützung bei der Beseitigung von Schadstoffen.
Über das selbstreinigende katalytisch wirksame Material bzw. die selbstreinigende katalytisch wirksame Beschichtung erfolgt dabei eine sogenannte „kalte Katalyse“.
In weiteren Ausführungen kann das Vlies mindestens abschnittsweise eine erste photokatalytisch wirksame Schicht und eine darauf aufgebrachte zweite selbstreinigende katalytische Schicht aufweisen. Vorzugsweise erfolgt der Aufbau des Reinigungselementes derart, dass die gesamte Oberfläche des Reinigungselementes eine photokatalytisch wirksame Schicht aufweist. Auf diese Schicht kann dann bereichsweise die selbstreinigende katalytische Schicht aufgebracht sein, damit vor allem Bereiche des Reinigungselementes, welche nicht von einem ultravioletten Licht im Betrieb eines Belüftungssystems oder einer anderen Luftreinigungsvorrichtung aktiviert werden, eine vollständige Oxidation von Schadstoffen bewirken.
Die selbstreinigende Beschichtung kann in noch weiteren Ausführungen nicht nur zusätzlich auf die photokatalytische Beschichtung aufgebracht werden, sondern kann ebenfalls bereits ein Rezepturbestandteil davon sein.
Insbesondere können die erste Schicht bzw. die photokatalytisch wirksame Schicht oder das photokatalytisch wirksame Material Katalysatoren aus Edelmetall aufweisen. In weiteren Ausführungen können die Katalysatoren der Schichten auch Oxide von Übergangsmetallen, bspw. in Form von Mischoxiden, aufweisen.
In weiteren Ausführungen kann die photokatalytische Beschichtung und/oder das photokatalytische Material insbesondere Titandioxid (TiO₂), Platin (Pt) oder Palladium (Pd) aufweisen. Diese Metalle bzw. Verbindungen eignen sich besonders für die photokatalytische Reinigung unter Verwendung von ultravioletten Licht.
Weiterhin können die photokatalytische Beschichtung und/oder das photokatalytische Material Mischoxide aus CuO, Co₃O₄, CoO_x, NiO, MnO_x, MnO₂, MoO₃, ZnO, Fe₂O₃, WO₃, CeO₂, TiO₂, Al₂O₃ , V₂O₃, ZrO₂, HfO₂, Dy₂O₃, Cr₂O₃, LiNbO₃ und/oder Nb₂O₅ aufweisen.
In weiteren Ausführungen weisen die selbstreinigende katalytische Beschichtung und/oder das selbstreinigende katalytische Material Metallsalze oder Metallhydride auf. Metallhydride sind Verbindungen von Metallen mit Wasserstoff.
Metallsalze bestehen aus Anionen und Kationen, wobei die Metalle meist als Kationen auftreten. Typische Metalle sind dabei Platin, Palladium, Nickel, Silber, Zink, Kupfer, Kalium, Cobald und Chrom. Beispielhafte Metallsalze sind Chromsäure, Chromsulfat, Cobaltsulfat, Kaliumgoldcyanid, Kaliumhexahydroxystannat, Kaliumsilbercyanid, Kupfercyanid, Kupferoxid, Kupfersulfat, Natriumhexahydoxystannat, Natriumzinkatlösung, Nickelcarbonat, Nickelchlorid, Nickelfluorid, Nickelnitrat, Nickelsulfat, Silbercyanid, Silbermethansulfonat, Silbernitrat, Silberoxid, Zinkchlorid, Zinkcyanid, Zinkoxid, Zinn(II)-chlorid, Zinn(II)-sulfat, Zinnmethansulfonat. Metallhydride sind u.a. Palladiumhydrid, Platinhydrid, Lithiumhydrid, Natriumhydrid, Kaliumhydrid, Kupferhydrid, Aluminiumhydrid, Galliumhydrid und Silberhydrid.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch ein Belüftungssystem mit mindestens einem Strömungskanal, in dem mindestens ein Reinigungselement gemäß einer der vorstehend angegebenen Varianten angeordnet ist, und mindestens einem ultraviolettes Licht emittierenden Leuchtmittel gelöst, wobei der Strömungskanal zur Durchleitung eines Gases oder eines Gasgemischs dient, und wobei

- das mindestens eine ultraviolettes Licht emittierende Leuchtmittel dem mindestens einem Reinigungselement gegenüberliegend angeordnet ist, und
- das mindestens eine Reinigungselement so angeordnet ist, dass sich die selbstreinigende katalytische Beschichtung oder das selbstreinigende katalytische Material auf der dem mindestens einen ultraviolettes Licht emittierenden Leuchtmittel abgewandten Seite des Reinigungselements befindet.

Das Belüftungssystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein und zusätzlich zur Klimatisierung der zugeführten Luft (Gasgemisch) dienen. Zur vollständigen Oxidation von Schadstoffen bzw. schlechten Gerüchen in einem dem Strömungskanal des Belüftungssystems zugeführten Luftstroms ist die Oberfläche des Reinigungselementes mit einer selbstreinigenden katalytisch wirksamen Beschichtung versehen oder weist in diesem Bereich ein selbstreinigendes katalytisch wirksames Material auf, sodass auch in den dem Leuchtmittel abgewandten Seiten des Reinigungselements eine Luftreinigung erfolgen kann.
Dabei wird nicht nur erreicht, dass eine vollständige Oxidation erzielt wird, sondern zusätzlich auch, dass es eben nicht zu einer unvollständigen Oxidation und damit zum Entstehen von gesundheitsgefährlichen Nebenprodukten kommen kann. Wesentlich ist hier der Aspekt, dass eine unvollständige Eliminierung von Schadstoffen im Luftstrom zwar als schlecht betrachtet werden kann, aber nicht so gefährlich ist, wie eine unvollständige Oxidation, welche gefährliche Nebenprodukte erzeugt und damit den zu reinigenden Luftstrom erheblich belastet, statt ihn zu reinigen.
Das hierin beschriebene Reinigungselement und das Belüftungssystem mit einem solchen Reinigungselement bieten damit gegenüber dem bekannten Stand der Technik auf der einen Seite den Vorteil, dass eine deutlich größere Menge an Luft pro Zeiteinheit von Schadstoffen und schlechten Gerüchen befreit werden kann, und auf der anderen Seite den Vorteil, dass keine unerwünschten, gesundheitsgefährdenden Nebenprodukte entstehen können.
Bei dem Belüftungssystem kann ferner auch die Anzahl an erforderlichen Beleuchtungsmitteln relativ klein gehalten werden. Darüber hinaus kann das Reinigungselement an verschiedenen Positionen und in verschiedenen Ausrichtungen in dem Strömungskanal angeordnet werden und unterliegt keinen Einschränkungen, da auch an den Bereichen, die nicht von einem UV-Licht erreicht werden, eine vollständige Oxidation erzielt werden kann.
Der Strömungskanal kann beispielsweise ein Luftkanal zwischen einer Klimaanlage und einem Luftausströmer, und/oder ein Zuführungskanal von angesaugter Luft von außen und/oder aus einem Innenraum, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, sein. In noch weiteren Ausführungen können solche Reinigungselemente auch in weiteren Bestandteilen eines Belüftungssystems, wie beispielsweise in einem Klimagerät oder in einem Luftausströmer, vorgesehen sein.
In weiteren Ausführungen kann dabei das mindestens eine Reinigungselement als Wandverkleidung des Strömungskanals vorgesehen sein.
In weiteren Ausführungen kann der Strömungskanal mindestens abschnittsweise eine Beschichtung aus selbstreinigendem katalytischen Material aufweisen oder aus selbstreinigendem katalytischen Material bestehen. Damit wird auch durch den Strömungskanal selbst eine Reinigung des Luftstroms erzielt, selbst wenn insgesamt die Reinigung durch diese Abschnitte allein nicht sehr groß ist. Es wird hierüber jedoch eine deutliche Verbesserung der Reinigungswirkung erzielt. Hierzu kann der Strömungskanal beispielsweise eine Schicht aus einem Edelmetall aufweisen oder aus einem Edelmetall bestehen. Auch Oxide, wie vorstehend für das Reinigungselement angegeben, können als Beschichtung oder als Basismaterial verwendet werden.
In weiteren Ausführungen weist das selbstreinigende katalytische Material der Beschichtung des Strömungskanals Metallsalze oder Metallhydride auf oder besteht aus Metallsalzen oder Metallhydriden.
In weiteren Ausführungen besteht der Strömungskanal im Bereich der Beschichtung insbesondere aus Titandioxid (TiO₂), Platin (Pt) oder Palladium (Pd) oder weist insbesondere eine unter der Beschichtung liegende weitere Schicht aus Titandioxid (TiO₂), Platin (Pt) oder Palladium (Pd) auf.
In noch weiteren Ausführungen ist das mindestens eine Reinigungselement parallel zur Strömungsrichtung des Gases oder Gasgemisches im Strömungskanal angeordnet. Dadurch werden Druckverluste durch das Reinigungselement selbst vermieden, wobei entsprechend der Ausgestaltung des Reinigungselementes eine relativ große Oberfläche zur katalytischen Reinigung vorgesehen ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen.
Figurenliste
In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Reinigungselements;
2 eine schematische Darstellung eines Reinigungselements in einer weiteren Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung eines Belüftungssystems;
4 eine vergrößerte, schematische Darstellung eines Teils eines Strömungskanals des Belüftungssystems von 3; und
5 eine schematische Darstellung eines Teils eines Strömungskanals eines Belüftungssystems einer weiteren Ausführungsform.

In den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehene Elemente entsprechen im Wesentlichen einander, sofern nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus wird darauf verzichtet, Bestandteile zu zeigen und zu beschreiben, welche nicht wesentlich zum Verständnis der hierin offenbarten technischen Lehre sind. Im Weiteren werden nicht für alle bereits eingeführten und dargestellten Elemente die Bezugszeichen wiederholt, sofern die Elemente selbst und deren Funktion bereits beschrieben wurden oder für einen Fachmann bekannt sind.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Figuren zeigen verschiedene Ausführungen von Reinigungselementen 10 und Belüftungssystemen 100, in welchen derartige Reinigungselemente 10 zum Einsatz kommen. Die dargestellten Belüftungssysteme 100 sind zum Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen und dienen dazu, die in den Innenraum eingebrachte Luft zu reinigen. Insbesondere sollen Schadstoffe, wie beispielsweise flüchtige organische Verbindungen (VOC) etc. und schlechte Gerüche aus dem Luftstrom entfernt werden.
Die nachfolgend beschriebenen und in den 1 bis 5 gezeigten Reinigungselemente 10 und Belüftungssysteme 100 bieten gegenüber bekannten Einrichtungen aus dem Stand der Technik den Vorteil, dass es nicht zur Entstehung von gesundheitsgefährdenden Nebenprodukten durch eine unvollständige Oxidation aufgrund der Ausbildung und Anordnung von Reinigungselemente mit photokatalytisch wirksamen Oberflächen kommt. Darüber hinaus kann durch die hierin vorgestellte Neuerung die Reinigung des Luftstroms in einem größeren Umfang erfolgen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Reinigungselements 10 in einer ersten Ausführungsform. Das Reinigungselementes 10 besteht aus einem Vlies 12, welches vollständig von einer ersten Schicht 14 umgeben ist. Die Darstellung in 1 zeigt den Aufbau des Reinigungselementes 10 in schematischer Darstellung. So kann das Vlies 12 beispielsweise aus textilen Elementen gebildet sein, die vollständig von der ersten Schicht 14 umgeben sind. Textile Elemente können Fasern sein, die ohne Ordnung in einem Verbund den Vliesstoff des Vlies 12 bilden. Vliese 12 können auch so ausgebildet sein, dass diese im wesentlichen offenporig sind, sodass eine verhältnismäßig große Oberfläche für die Luftreinigung bereitgestellt wird.
Das Vlies 12 aus den Fasern wird in einem Bearbeitungsschritt dann mit der ersten Schicht 14 versehen. Die erste Schicht 14 wird durch Edelmetalle oder Metalloxide erzeugt, die auf das Vlies 12 durch ein geeignetes Verfahren aufgebracht wird. In den gezeigten Ausführungsbespielen wird als Ausgangsstoff für die photokatalytisch wirksame Beschichtung durch die erste Schicht 14 Titandioxid (TiO₂), Platin (Pt) oder Palladium (Pd) verwendet. Das Aufbringen kann bspw. durch Aufdampfen erfolgen.
Die photokatalytisch wirksame erste Schicht 14 ermöglicht die Reinigung von Gasen oder Gasgemischen (z.B. Luft), wenn die Schicht 14 aktiviert wird. Die Aktivierung erfolgt durch ultraviolettes Licht (UV-Licht). Hierzu kann in einem Belüftungssystem 100 ein ultraviolettes Licht emittierendes Leuchtmittel 70 (siehe 4) vorgesehen sein. Durch die Bestrahlung mit UV-Licht werden organische Materialien, wie bspw. VOCs, an der photokatalytisch wirksamen Oberfläche der Schicht 14 zersetzt. Es kommt damit zu einer Reinigung des Luftstroms.
Nachdem die erste Schicht 14 auf das Vlies 12 bzw. die Fasern des Vlies 12 aufgebracht wurde, wird in einem weiteren nachgelagerten Bearbeitungsschritt die Oberfläche des Vlieses 12 bzw. eine Seite des Vlieses 12 mit einer Beschichtung 16 versehen. Die Beschichtung 16 weist ein selbstreinigendes katalytisches Material auf. Ein solches Material kann bspw. Kupferoxid, Kupfersulfat, Nickelnitrat, Nickelsulfat, Silbernitrat, Palladiumhydrid, Platinhydrid, Kupferhydrid, Aluminiumhydrid und/oder Silberhydrid sein. Die Beschichtung 16 kann wie die erste Schicht 14 durch Aufdampfen, oder durch Bedrucken, Besprühen, Foulardverfahren oder ein Tauchbad aufgebracht sein. Ebenfalls ist denkbar, dass das selbstreinigende katalytisch Material direkt in die vorhandene Photokatalysematrix eingebunden und in mindestens einem Prozessschritt aufgebracht wird.
Die Beschichtung 16 wird im Wesentlichen auf die Bereiche des Vlieses 12 bzw. der ersten Schicht 14 aufgebracht, welche im Betrieb eines Belüftungssystem 100 nicht von den UV-Strahlen eines Leuchtmittels, wie bspw. des Leuchtmittel 70, bestrahlt werden können. In diesen Bereichen kann somit keine photokatalytische Reinigung bzw. Zersetzung von Schadstoffen erfolgen, weil keine Aktivierung der photokatalytisch wirksamen Oberfläche der Schicht 14 in den dem Leuchtmittel 70 abgewandten Bereichen erfolgt. Durch Effekte im Halbleiter (z.B. TiO₂) kann eine schwache Aktivierung der photokatalytisch wirksamen Schicht 14 erfolgen, sodass nur eine teilweise Oxidation von Schadstoffen erfolgt. Die teilweise Oxidation von Schadstoffen erzeugt jedoch gesundheitsgefährdende Nebenprodukte (bspw. kurz-, mittel- und langkettige Aldehyde), welche den Luftstrom zusätzlich belasten, anstatt ihn zu reinigen.
Die Beschichtung 16 in den dem Leuchtmittel 70 abgewandten Bereichen des Vlieses 12 bewirkt eine „kalte Katalyse“, so dass auch ohne eine Aktivierung mittels UV-Licht eine vollständige Oxidation von Schadstoffen erreicht wird. Somit entstehen bei der katalytischen Reinigung eines Luftstroms keine gesundheitsgefährdenden Nebenprodukte und die Gesamtreinigung wird durch die selbstreinigende katalytische Beschichtung 16 unterstützt.
Die Reinigung der Luft über die Beschichtung 16 findet auch dann statt, wenn ein Leuchtmittel 70 nicht in Betrieb ist bzw. keine Aktivierung der ersten Schicht 14 mittels UV-Licht erfolgt. Damit wird permanent eine Luftreinigung über die Beschichtung 16 erreicht.
In dem Ausführungsbeispiel von 1 erstreckt sich die Beschichtung 16 im Wesentlichen nur entlang einer Seite des Reinigungselementes 10. Das Reinigungselementes 10 weist in den hierin gezeigten Ausführungsformen eine flächige Erstreckung auf, wobei die Höhe des Vlieses 12 im Wesentlichen nur wenige Millimeter beträgt. Die flächige Erstreckung kann sich in den Hauptrichtungen je nach Einsatzort über mehrere Zentimeter erstrecken. Dies gilt insbesondere für die Verwendung des Reinigungselementes 10 in einem Belüftungssystem 100 eines Kraftfahrzeugs. In Belüftungssystemen für andere Anwendungen, wobei die Belüftungssysteme 100 von einem Fahrzeug-Belüftungssystem 100 abweichende Abmaße haben, kann sich dann die Ausbildung und Dimensionierung eines Reinigungselementes 10 von den hierin beschriebenen Reinigungselementen 10 unterscheiden.
Die Ausgestaltung eines Reinigungselementes 10 in Form und Größe hängt im Wesentlichen auch von dem Durchsatz des zu reinigenden Gasstroms oder Gases ab. Ferner ist zu berücksichtigen, welche Belastung ein solcher Gasstrom im Regelfall aufweist und wie viele Reinigungselemente 10 zur Reinigung bzw. Filterung vorgesehen sein sollen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Reinigungselements 10 in einer weiteren Ausführungsform. In dieser Ausführungsform erstreckt sich die Beschichtung 16 nicht nur an einer Seite des Vlieses 12 auf der ersten Schicht 14, sondern bedeckt auch noch die Umfangsseiten des Vlieses 12.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Belüftungssystems 100. Das Belüftungssystem 100 ist ein Kraftfahrzeug-Belüftungssystem 100 und weist eine Klimaeinheit 40 auf. Der Klimaeinheit 40 wird über eine Zuführung 20 Außenluft außerhalb eines Kraftfahrzeugs und über eine Zuführung 30 Innenluft aus dem Innenraum eines Kraftfahrzeugs zugeführt. Über nicht dargestellte Ventile und/oder Klappen kann das Mischungsverhältnis von Außenluft und Innenluft stufenlos geregelt werden.
Das Belüftungssystem 100 weist Filtereinrichtungen auf, die zur Filterung der Außenluft und/oder der Innenluft von Partikeln dienen, wie beispielsweise Staub, Pollen, Haare, etc.
Sowohl die Außenluft als auch die Innenluft können Verunreinigungen bzw. Schadstoffe enthalten. Dabei weist die Innenraumluft eines Kraftfahrzeugs häufig flüchtige organische Verbindungen auf, welche aus den verwendeten und im Innenraum verbauten Bauteilen ausgasen. Des Weiteren kann die Innenraumluft mit Zigarettenrauch etc. belastet sein. Schadstoffe aus der Außenluft betreffen beispielsweise Abgase etc.
Über die Klimaeinheit 40 erfolgt eine Klimatisierung des Luftstroms. Es kann dabei die Temperatur des Luftstroms auf einen einstellbaren Wert gebracht werden. Die über die Klimaeinheit 40 klimatisierte Luft wird über einen Strömungskanal 50 mindestens einem Luftausströmer 60 zugeführt, der in Abhängigkeit der Stellung von Luftleitelementen, wie beispielsweise Lamellen, und einer Drosseleinrichtung, einen geregelten Luftstrom in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs bereitstellt.
Damit die über die Zuführung 20 und die Zuführung 30 in die Klimaeinheit 40 eingebrachte Luft, welche über den Strömungskanal 50 dem Luftausströmer 60 zugeführt wird, frei von Schadstoffen, wie beispielsweise VOCs, schlechten Gerüchen etc. wird, ist beispielsweise im Strömungskanal 50 ein Reinigungselementes 10 angeordnet.
In weiteren Ausführungsformen können Reinigungselemente 10 auch in der Zuführung 20 und/oder der Zuführung 30 sowie innerhalb der Klimaeinheit 40 und auch im Luftausströmer 60 vorgesehen sein. Es können in Belüftungssystemen 100 auch mehrere Reinigungselemente 10 an verschiedenen Stellen vorgesehen sein.
4 zeigt eine vergrößerte, schematische Darstellung eines Teils des Strömungskanals 50 des Belüftungssystems 100 von 3. Im Strömungskanal 50 ist ein Reinigungselement 10 angeordnet. Das Reinigungselementes 10 entspricht im Aufbau und der Funktion dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Reinigungselements 10. Das Reinigungselement 10 ist im Wesentlichen mittig angeordnet und wird zu beiden Seiten seiner Haupterstreckungsrichtung von Luft umströmt, wie durch die Pfeile angedeutet. An der Wand des Strömungskanals 50 ist ein Leuchtmittel 70 angeordnet. Das Leuchtmittel 70 strahlt ultraviolettes Licht aus. Über das ultraviolette Licht erfolgt eine Aktivierung der ersten Schicht 14, welche ein photokatalytisch wirksames Material enthält. Durch die Aktivierung der ersten Schicht 14 über das Leuchtmittel 70 werden Schadstoffe an der Oberfläche der ersten Schicht 14 zersetzt. Es erfolgt dabei eine Reinigung des Luftstroms im Strömungskanal 50.
Durch die Anordnung des Leuchtmittel 70 und des Reinigungselementes 10 kann nur eine Seite des Reinigungselementes 10 von dem ultravioletten Licht aktiviert werden. Demnach erfolgt auf der dem Leuchtmittel 70 abgewandten Seite des Reinigungselementes 10 keine vollständige Oxidation von Schadstoffen oder anderen Verunreinigungen an der photokatalytisch wirksamen Oberfläche der Schicht 14.
Um auch in den dem Leuchtmittel 70 abgewandten Bereichen des Reinigungselementes 10 eine vollständige Oxidation von Schadstoffen und damit eine Luftverbesserung zu erreichen, ist die Beschichtung 16 in diesen Bereichen auf die erste Schicht 14 aufgebracht. Wie bereits für die Ausführungen der 1 und 2 beschrieben, bewirkt die Beschichtung 16 eine katalytische Reinigung ohne, dass eine Aktivierung durch ultraviolettes Licht erforderlich ist.
Das Leuchtmittel 70 kann beispielsweise eine UV-Licht emittierende Leuchtdiode sein. Es können auch mehrere derartige Leuchtmittel 70 an einer Seite im Strömungskanal 50 vorgesehen sein, sodass eine Seite des Reinigungselementes 10 bestrahlt werden kann, um die photokatalytisch wirksame Schicht 14 zu aktivieren.
Es ist darüber hinaus nicht erforderlich, zusätzliche Leuchtmittel 70 vorzusehen. Da auch die vom Leuchtmittel 70 abgewandte Seite eines Reinigungselementes 10 zur vollständigen Oxidation von Schadstoffen herangezogen werden kann, ohne dass diese Seite bestrahlt werden muss, kann das Reinigungselement 10 an Positionen vorgesehen werden, die bisher nicht für eine katalytische Reinigung geeignet waren. Dabei ergeben sich vielfältige Anwendungen und Positionsmöglichkeiten für ein solches Reinigungselement 10.
Das Reinigungselement 10 ist so angeordnet, dass die Haupterstreckungsrichtung des Reinigungselementes 10 parallel zu den Seitenwänden des Strömungskanals 50 verläuft. Dadurch wird sichergestellt, dass es durch das Reinigungselement 10 zu keinem Druckverlust im Strömungskanal 50 kommt, was sich auch auf die Luftablenkung und Luftmengenregulierung über den Luftausströmer 60 bemerkbar machen würde. Die Ausrichtung des Reinigungselements 10 bietet zugleich eine relativ große Oberfläche für die katalytische Reinigung des Luftstroms.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Strömungskanals 50 eines Belüftungssystems 100 einer weiteren Ausführungsform. In dieser Ausführungsform weisen die Innenwände des Strömungskanals 50 abschnittsweise eine photokatalytisch wirksame erste Schicht 14 auf. Die erste Schicht 14 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus dem gleichen Material wie für die Reinigungselemente 10 der 1 und 2 beschrieben.
Auf die erste Schicht 14 ist eine selbstreinigende katalytische Beschichtung 16 aus Metallsalzen oder Metallhybriden aufgebracht, so dass auch ohne Aktivierung mittels eines UV-Licht emittierenden Leuchtmittels 70 eine Oxidation von Schadstoffen erfolgen kann. Bspw. wird Kupferoxid, Kupfersulfat, Nickelnitrat, Nickelsulfat, Silbernitrat, Palladiumhydrid, Platinhydrid, Kupferhydrid, Aluminiumhydrid und/oder Silberhydrid aufgebracht. Die Schichten im Strömungskanal 50 sind als zusätzliche Reinigungselemente zu einem Reinigungselement 10 vorgesehen und unterstützen die katalytische Reinigung des durchgeführten Luftstroms.
Bezugszeichenliste

10: Reinigungselement
12: Vlies
14: erste Schicht
16: Beschichtung
20: Zuführung Außenluft
30: Zuführung Innenluft
40: Klimaeinheit
50: Strömungskanal
60: Luftausströmer
70: Leuchtmittel
100: Belüftungssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017116307 A1 [0003]

Claims

Reinigungselement zur Luftreinigung in einem Belüftungssystem (100), aufweisend ein Vlies (12), wobei das Vlies (12) - mindestens abschnittsweise eine photokatalytisch wirksame Beschichtung aufweist oder aus einem photokatalytisch wirksamen Material besteht, und - mindestens abschnittsweise eine selbstreinigende katalytische Beschichtung (16) aufweist oder aus einem selbstreinigenden katalytischen Material besteht.
Reinigungselement nach Anspruch 1, wobei das Vlies (12) mindestens abschnittsweise eine erste photokatalytisch wirksame Schicht (14) und eine darauf aufgebrachte zweite selbstreinigende katalytische Schicht aufweist.
Reinigungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die photokatalytische Beschichtung und/oder das photokatalytische Material Titandioxid (TiO₂), Platin (Pt) oder Palladium (Pd) aufweist.
Reinigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die selbstreinigende katalytische Beschichtung (16) und/oder das selbstreinigende katalytische Material Metallsalze oder Metallhydride aufweist.
Reinigungselement nach Anspruch 4, wobei die Metallsalze oder Metallhydride Kupferoxid, Kupfersulfat, Nickelnitrat, Nickelsulfat, Silbernitrat, Palladiumhydrid, Platinhydrid, Kupferhydrid, Aluminiumhydrid und/oder Silberhydrid aufweisen.
Belüftungssystem mit mindestens einem Strömungskanal (50), in dem mindestens ein Reinigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 angeordnet ist, und mindestens einem ultraviolettes Licht emittierenden Leuchtmittel (70), wobei der Strömungskanal (50) zur Durchleitung eines Gases oder eines Gasgemischs dient, und wobei - das mindestens eine ultraviolettes Licht emittierende Leuchtmittel (70) dem mindestens einem Reinigungselement (10) gegenüberliegend angeordnet ist, und - das mindestens eine Reinigungselement (10) so angeordnet ist, dass sich die selbstreinigende katalytische Beschichtung (16) oder das selbstreinigende katalytische Material auf der dem mindestens einen ultraviolettes Licht emittierenden Leuchtmittel (70) abgewandten Seite des Reinigungselements (10) befindet.
Belüftungssystem nach Anspruch 6, wobei das mindestens eine Reinigungselement (10) als Wandverkleidung des Strömungskanals (50) vorgesehen ist.
Belüftungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Strömungskanal (50) mindestens abschnittsweise eine Beschichtung (16) aus selbstreinigendem katalytischen Material aufweist oder aus selbstreinigendem katalytischen Material besteht.
Belüftungssystem nach Anspruch 8, wobei das selbstreinigende katalytische Material der Beschichtung (16) des Strömungskanals (50) Metallsalze oder Metallhydride aufweist oder aus Metallsalzen oder Metallhydriden besteht.
Belüftungssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Strömungskanal (50) im Bereich der Beschichtung (16) aus Titandioxid (TiO₂), Platin (Pt) oder Palladium (Pd) besteht oder eine unter der Beschichtung (16) liegende weitere Schicht (14) aus Titandioxid (TiO₂), Platin (Pt) oder Palladium (Pd) aufweist.
Belüftungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das mindestens eine Reinigungselement (10) parallel zur Strömungsrichtung des Gases oder Gasgemisches im Strömungskanal (50) angeordnet ist.