DE102021000458A1

DE102021000458A1 - Luftsterilisator

Info

Publication number: DE102021000458A1
Application number: DE102021000458.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-12-30
Also published as: DE102021000459A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Luftsterilisator mit einer Virenschutz-Vorrichtung, die die Krankheitserreger direkt in die Luft während Luftbewegung mit Hilfe von Laserstrahlen, vorzugsweise UV-Laserstrahlen beseitigt. Diese Vorrichtung wirkt sehr effektiv gegen alle Arten von Bakterien und Viren, wie z.B. Grippe-Viren, Corona-Viren, oder auch gegen eine Vielfalt von exotischen Krankheitserregern.Der Luftsterilisator ist mit einem Spiegel ausgestattet, der in einem Hohlzylinder eingebaut ist, der die Wirkung der UV-Laserstrahlen deutlich verstärkt. Zwei Absorber-Ringe jeweils an den Enden eingebaut, verhindern, dass die Strahlung zumindest Großteils nicht nach außen dringt und schützt somit die Personen, die in einem Raum sich aufhalten. Außerdem können die wenig schädliche UV-C Lichtstrahlen oder Laserstrahlen mit 222nm Wellenlänge verwendet. Sie töten die Bakterien und Viren genauso gut wie die Breitspektrum-UV-C Strahlen, sind aber für Menschen weitgehend schonend.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftsterilisator mit einem eingebauten Propeller, der in Räumen als Luftdesinfizierer einsetzbar ist, der mit einer elektronischen Antiviren-Funktion ausgestattet ist, welche die Viren und anderen Krankheitserreger in die Luft während einer Luftströmung mit Hilfe von Laserdioden und einem speziellen Spiegel, der die Laserstrahlendichte in dem Luftsterilisator erhöht, neutralisieren kann. Der Luftsterilisator kann wie ein Tischventilator oder Stand-Ventilator eingesetzt werden.
Es gibt zahlreiche Varianten von Luftsterilisatoren, die meistens als mit mechanischen Filtern arbeiten. In den Filtern werden die Krankheitserreger aufgefangen und aus der Luft geschieden. Auch die Art des Gebläses, das drin eingebaut ist, ist recht unterschiedlich. Es gibt zylinderförmige Gebläse, Radial-Luft-Gebläse, Luftschrauben, Ventilatoren mit versteckt eingebautem Gebläse (z.B. Dyson Ventilatoren), etc. Zudem es gibt auch viele Arten von Luftreinigern, die die Luft in einem Raum nach und nach auf verschiedene Weise säubern. Üblich werden bei solchen Geräten, Wasserfilter-Systeme verwendet, wobei die Luft durch einen Wasserbehälter geleitet wird und dort die in die Luft befindlichen Partikel „ausgewaschen“ werden. Auch Filter-Systeme in Klimaanlagen oder Belüftungs-Anlagen, z.B. in medizinischen Einrichtungen werden eingebaut, die nicht nur Staubpartikel, sondern zumindest einen Teil der Erreger (Viren, Bakterien, Pilz-Sporen, etc.) aufhalten und deren Verbreitung verhindern.
Um die Viren und Bakterien zu neutralisieren, können ebenso zahlreiche verschiedene Methoden angewendet werden. Es gibt aber vorwiegend chemische, biologische und physikalische Methoden das zu erreichen. Längst ist bekannt, dass das Sonnenlicht bei direkter Strahlung, die Viren oder Bakterien schnell zu neutralisieren scheint. Die Wirkung vom Licht haben viele Wissenschaftler näher untersucht. Es ist bekannt, dass das Breitspektrum-UV-C-Licht mit einer Wellenlänge von 200 bis 400 nm Bakterien und Viren besonders effektiv vernichten kann. Das UV-C Licht zerstört die molekularen Bindungen, die die Erbsubstanz zusammenhalten. Oft werden solche Lichtquellen routinemäßig dazu genutzt, OP-Ausrüstung zu dekontaminieren. Es gibt Überlegungen, das UV-Licht auch in OP-Saale einzusetzen. Allerdings ist das UV-C Licht nicht unbedenklich für die Menschen, weil es Schäden im Gewebe hervorrufen kann. Auch die Augen können dadurch krank oder komplett geschädigt werden.
US 2012 / 0 285 459 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die aus einem Zylinder besteht, in dem die Luft über einem Lufteinlass- und Auslass-Röhren durchströmen kann, der innen verspiegelt ist und in dem eine UV-Lampe eingebaut ist, die die Luft dort entkeimen kann. Durch den Zylinder mit der Spiegel-Innenwand, werden die UV-Strahlen etwas in dem Zylinder-Raum verstärkt, allerdings nimmt die Strahlendichte nicht allzu sehr zu.
CN 102 187 441 A beschreibt ebenso eine Luftdesinfizierungsvorrichtung, wobei UV-Leuchtstoffröhren dazu benutzt werden.
US 2007 / 0 113 842 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die die Luft soweit entkeimen kann, dass man damit eine Behandlung von Allergien und Minderung der allergischen Reaktionen des Patienten erreichen kann.
Die DE202010001958U1 beschreibt eine Vorrichtung zur Luftfilterung und Keimabtötung durch elektromagnetische Wellenstrahlung in Lüftungsanlagen- bzw. Kanälen, wobei parallel angeordnete Infrarotplatten zur Luftentkeimung im Lüftungskanal in Luftstromrichtung eingebaut sind.
WO 96/ 38 212 A2 beschreibt ein Verfahren, bei der das UV-Licht benutzt wird, um eine Luftentkeimung zu erreichen, während die Luftmasse in Bewegung sich befindet, bzw. eine Luftströmung stattfindet.
EP 3 378 501 B1 beschreibt eine Klimaanlage, die die Luft mit Hilfe von UV-Licht sterilisiert. Hier wird ein innen verspiegeltes Gehäuse vorgeschlagen, in das die Luft ein und ausströmt, das mit UV-Leuchtquellen ausgestattet ist.
CN 108 413 542 A beschreibt ebenso eine Luftdesinfizierende-Vorrichtung, welche das UV-Licht verwendet, um die Luft zu desinfizieren.
Die Anmeldung US6497840B1 beschreibt ein Ultraviolettes keimtötendes Verfahren und eine keimtötende Vorrichtung zur Zerstörung luftgetragener pathogener Bakterien wie Tuberkulose-Bakterien unter Verwendung von ultraviolettem Licht. Luft wird durch einen Filter und in eine Sterilisationskammer, die mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, und durch eine Auslassöffnung abgesaugt. Die Berücksichtigung der Eigenschaften des Raums, in dem das Gerät installiert ist, und die Positionierung der Installation ermöglichen eine wirksame Verhinderung der Übertragung von Krankheiten durch Auswurf und Inhalation von Mikrotröpfchen aus der Luft von Bakterien enthaltendem Auswurf.
Die US5833740A offenbart einen chemischen / biologischen Luftreiniger. Der Luftreiniger hat ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, die beide auf einer Längsachse ausgerichtet sind, einen Turbulenzgenerator, eine oder mehrere keimtötende UV-Quellen, die die biologische Reinigung erreichen. Die keimtötende UV-C-Quelle ist im Gehäuse parallel zur Längsachse des Gehäuses stromabwärts der Vakuum-UV-Quelle montiert. Die verwendete keimtötende UV-C-Quelle tötet in der Luft vorhandene biologische Verunreinigungen durch Bestrahlung ab und baut das von den Vakuum-UV-Quellen erzeugte Rest-Ozon in molekularen Sauerstoff ab, wodurch Luft von den biologischen Verunreinigungen und dem Rest-Ozon gereinigt wird.
Die US5742063A beschreibt einen Luftdesinfektionsmittelaufsatz für Luftkanäle. Die Sterilisationseinheit für Luftkanäle ist mit einem Aluminiumgehäuse und mindestens einer UV-emittierenden Sonde ausgestattet, die sich nach unten in den Kanal erstreckt. Die Oberseite des Geräts überragt die Seitenwände und erleichtert den Einbau in den Kanal. Mindestens eine UV-emittierende Sonde in Verbindung mit der Schaltung erstreckt sich nach unten in den Luftkanal. Es gibt einen Lichtsensor oder Monitor, der sich von der Oberseite des Geräts bis zu einem Punkt in der Nähe der Sonde erstreckt, um den Zustand der UV-Sonde visuell anzuzeigen, ohne dem UV-Licht ausgesetzt zu sein. Der Ein- / Aus-Schalter an der Oberseite des Geräts sorgt für Sicherheit bei der Wartung der Sterilisationseinheit.
Alle diese Vorrichtungen und Verfahren dienen die Luft in eine Strömungsanlage (Belüftungsanlage) oder Luftsterilisator keimfrei zu machen. Allerdings sind bei allen mehr oder weniger nicht ganz optimale Lösungen vorhanden. Nahezu überall werden UV-Leuchtstoffröhren für die Erzeugung von UV-Licht eingesetzt. Hinzu kommt, dass die Luft zuerst durch gut abgeschirmte Kammer strömen muss, dort durch UV-Strahlung desinfiziert und dann nach außen geleitet werden. Wenn man solche Vorrichtungen in eine kleine Anlage mit starker Luftströmung verwendet, dann ist die Entkeimung nicht optimal gewährleistet. Die Verwendung von Leuchtstoffröhren kann insgesamt beachtliche Leistungen liefern, allerdings leider nicht die notwendige Strahlungsdichte erzeugen, somit für den Einsatz in einer kompakten Anlage, in der Luft mit mehreren Metern pro Sekunde strömt, nicht ganz optimal geeignet. Bei alle beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen, funktioniert mehr oder weniger die Desinfektion mit UV-Licht. Wichtig ist allerdings dabei, dass die UV-Lampe relativ nah an zu desinfizierenden Medium sich befindet und die Strahlung recht intensiv ist. Bei schnell strömende Luft oder Flüssigkeit ist eine hohe Strahlendichte notwendig, weil nur dann zuverlässig die Krankheitserreger neutralisiert werden können. Obwohl bei fast allen Varianten, meistens ein Reflektor-Gefäß vorhanden ist, kann mit diesen Methoden ohne Einsatz von leistungsstarken UV-Lampen keine signifikante Erhöhung der Strahlendichte erreicht werden, weil dort jedesmal die UV-Lampe sich selbst im Weg stellt. Z.B. bei der US 2012 / 0 285 459 A1 kann die Strahlendichte in dem Zylinder drin mit dieser Methode höchstens 2-5-mal erhöht werden, mehr aber nicht, weil auch hier die UV-Lampe sich selbst im Weg stellt und die zurückreflektierten UV-Strahlen Großteils auf die UV-Lampe zurückprallen ohne eine Möglichkeit einer erneuten Reflektion. Die UV-Strahlen treffen stets nahezu bei jedem oder alle paar male Reflektion-Vorgängen die Lampe selbst, die zentral dort eingebaut ist und werden dadurch absorbiert.
Hinzu kommt ein weiteres Problem bei dem Stand der Technik zum Vorschein: bei nahezu alle beschriebene Vorrichtungen, wird die Luft-Förderleistung durch UV-Filter-Vorrichtungen deutlich gestört, was den Stromverbrauch am Luftsterilisator-Gerät erhöht.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 17 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde einen Luftsterilisator zu schaffen, der in der Lage ist, aktiv die Viren und andere Krankheitserreger, wie Bakterien oder Sporen in einem Raum, die in die Luft sich befinden, während die Luft durch den Luftsterilisator strömt, zu neutralisieren oder zu vernichten, ohne dabei die Luft-Förderleistung des Ventilators signifikant zu stören.
Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 17 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Vorteile der Erfindung sind:

- sie ist in der Lage, Krankheitserreger wie Viren oder Bakterien durch den Einsatz von Laserstrahlen zuverlässig in einem Raum zu neutralisieren oder vernichten,
- kompakt aufgebaut,
- liefert eine gute Leistung,
- stört kaum die Luft-Förderleistung des Lüfters,
- verbraucht wenig Energie,
- einfach zu bedienen
- ist wartungsarm, fast wartungsfrei,
- sie kann in jede Klimaanlage (auch in Fahrzeuge), Belüftungs-Systeme oder Ventilatoren / Gebläse auch nachträglich eingebaut werden,
- kostengünstige Produktion,
- wirkt zuverlässig auch gegen noch unbekannte oder neue Arten von Viren oder Bakterien, daher optimal auch gegen H1N1 oder andere

Erreger, wie z.B. Corona-Viren (SARS-CoV-2, COVID19, oder künftige B117, oder andere Mutationen wie COV25 / 32, etc.).
Dieser Luftsterilisator ist optimal im Kampf gegen ausbreitende Infektionen oder gar Pandemien einsetzbar, wie z.B. gegen H1N1, CORONA / COVID-19 Viren, um die Luft in große oder kleinere Räume, während Luftströmungen nach und nach zu dekontaminieren. Optimal ist er fürs Büro mit mehrere Angestellten, insbesondere Schulen / Klassenzimmer, Vorlesesälen, Bibliotheken, Medizin-Räume, Arztpraxen, Kinosaal, etc. geeignet.
Eine spezielle Variante der Erfindung, die einen Lüfter-Drehzahl-Sensor oder ein Luftströmungs-Sensor-System aufweist, hat zusätzlich eine weitere folgenreiche Eigenschaft: Als Nebenwirkung kann sie aus in die Luft befindlichen Aerosolen mit aktiven Viren, inaktivierte Viren produzieren, die dann, wenn sie mit dem Luft eingeatmet werden, möglicherweise eine Immunitäts-Antwort bei den gesunden Menschen hervorrufen kann! Durch eine präzise Steuerung der Laserstrahlen-Intensität innerhalb des Ring-Reflektors, abhängig von der Luftströmungsgeschwindigkeit werden die Viren nicht vollständig zerstört, sondern lediglich inaktiviert. Dies kommt z.B. durch die Beschädigung der Viren-Spikes oder der Hülle oder durch RNA / DNA - Beschädigung in dem genetischen Informations-Elemente der Viren, zustande. Somit wird in einem Raum, wo kontaminierte Luft sich befindet, in kürzeste Zeit eine Art Impfstoff-Haltige Luft erzeugt! Dies ist zwar mit einer echten Impfung nicht ganz vergleichbar, aber dennoch das kann auch zu einer Immunisierung der Menschen führen. Den Effekt gibt möglicherweise in speziellen / idealen Umständen schon in der Natur (bedingt durch Sonnenstrahlen).
Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden anhand der 1 bis 14 erläutert. Es zeigen:

1 den Prototyp des Luftsterilisators mit dem eingebauten Virenschutz-System,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit ringförmige Blenden an den Rändern,
3 eine Variante, wobei statt UV-Laserdioden, IR-Laserdioden, die ebenso gegen Viren eingesetzt werden können, eingebaut sind,
4 eine Ausführung mit Laserstrahlen-Impuls-Betrieb,
5 die Innen-Wand des Reflektors, die in die Längsachse des Rohrs an den Rändern etwas nach innen gewölbt ist,
6 die fast dreieckförmige Reflektionsgeometrie der Laserstrahlen,
7 ein Luft-Filter gegen Staubpartikel, der in dem Gerät eingebaut ist,
8 eine weitere Ausführung mit einer automatischen Steuerung ausgestattet, die die Intensität der UV-Laserdiode in Koordination mit den Werten eines Strömung-Geschwindigkeits-Sensors genauer steuert,
9 eine Kombivariante, wobei gleichzeitig die IR- und UV-C-Laserdioden eingebaut sind,
10 den Luftsterilisator in eine Klimaanlage eines Fahrzeugs,
11 die Reflektion der UV-Laserstrahlen innerhalb des Luftsterilisators bzw. Hohlzylinder-Wände, durch den Total-Reflektion-Effekt,
12 das Ein- und Austreten der Laserstrahlen aus dem Glasmedium und den ringförmigen, im Querschnitt U-förmiger Lichtleiter,
13 die Laserstrahlen-Rotation,
14 ein Rohr-Konstruktion mit gebogenen Enden oder Schutzwände.

Es ist bekannt, dass intensives UV-Licht, vor allem im UV-C-Bereich sehr wohl in der Lage ist, Viren und Bakterien zu vernichten oder zumindest diese Großteil unschädlich zu machen. Mit UV-Licht Luft oder Flüssigkeit zu dekontaminieren ist allgemein bekannt, allerdings wenn die Luft- oder Flüssigkeits-Massen relativ schnell in Bewegung sind, und der Strahlungsbereich klein ist, ist eine Dekontamination mit UV-Licht aus herkömmlichen UV-Lampen nicht mehr effizient. Für diese Zwecke sind die Laserstrahlen, insbesondere UV-Laserstrahlen, deutlich wirksamer, als herkömmliche UV-Lichtquellen, wie UV-Leuchtstoffröhren, Quecksilber-Lampen oder UV-Leuchtdioden. Die Eigenschaften der Laserstrahlen, deren Kohärenz und Strahlendichte machen diese extrem wirksam gegen Viren und andere Krankheitserreger aller Art. Je nachdem, wie hoch die Lichtintensität ist und wie lange die Krankheitserreger unter der Laserstrahlen-Einwirkung stehen, kann die Anzahl der Erreger, die sich in die Luft oder dort vorhandenen Aerosolen befinden, mehr oder weniger gesenkt werden.
Für die Luftreinigung in einem Raum wird ein Luftsterilisator 1 verwendet, der ein Hohlzylinder mit Klar-Spiegel-Innenwand aufweist, der mit mindestens einer Laserstrahlenquelle ausgestattet ist. Er kann z.B. fast wie ein Tisch- oder Stand-Ventilator konzipiert werden. Hier werden keine der herkömmlichen Leuchtquellen, wie z.B. UV-Leuchtstoffröhren, UV-Quecksilber-Lampen oder UV-LED-s, sondern Laserdioden 2 für die Desinfizierung der Luft eingesetzt. Dafür sind sowohl die IR-Laserdioden, als auch andere Laserdioden-Arten geeignet (z.B. Blau, Grün, Gelb, Violett). Insbesondere die UV-Laserdioden bzw. UV-C-Laserdioden sind sehr energiereich. Hinzu kommt, dass statt eines herkömmlichen Reflektors ein spezieller Spiegel-Reflektor in Form eines Hohlzylinders 3 mit optischen Resonator-Eigenschaften eingesetzt wird. Der Hohlzylinder 3 hat einen Innendurchmesser ca. 50 - 200mm und weist eine Klar-Spiegel-Innenwand 4 auf. Der Hohlzylinder selbst kann aus Metall oder aus Glas oder Kunststoff (durchsichtig oder nicht) bestehen. Wichtig ist, dass die Innenwand eine Klarspiegel-Schicht aufweist. Der Hohlzylinder soll länger sein, als sein Durchmesser ist. Je kleiner der Durchmesser des Hohlzylinders ist, desto schneller strömt die Luft durch die Öffnung in dem Hohlzylinder und das kann auch den Geräusche-Pegel etwas erhöhen. Für einen leisen Betrieb, wird ein Durchmesser von ca. 120 - 150mm empfohlen. In dem Bereich gibt relativ leise Lüfter, die z.B. auch im PC eingesetzt werden, die eine solide Leistung bringen.
Die Laserstrahlenquelle, die hier eingebaut wird, sollte eine (oder mehrere) UV-Laserdiode 5, die ihre UV-Laserstrahlen 6 in dem Hohlzylinder quer zu Luftströmungsrichtungs-Achse 7 emittiert, die eine Art Laserstrahlen-Firewall / Vorhang 8 dort generieren, die die Hohlzylinder-Öffnung 9 vollständig „schließt“. In dem Rohr / Hohlzylinder 3 werden die Laserstrahlen 6 durch zahlreiche Reflektionen vervielfacht (bis zu mehrere hunderte Male) und eine Laserstrahlen-Wand / Firewall 8 mit sehr hoher Strahlendichte bilden, die für Viren oder anderen Krankheitserreger neutralisierende Auswirkungen hat. Die Erfindung kann mit relativ wenig UV-Laserleistung, bei einer kompakten Bauweise eine sehr hohe Effizienz erreichen. Gleichzeitig wird die Gefahr für Menschen so gering wie möglich gehalten. Weil die Laserstrahlen bzw. deren Projektion eine klare, präzise Strahlen-Geometrie haben, ist eine Abschirmung relativ einfach machbar. Die Laserdioden projizieren in die Klar-Spiegelwand des ringförmigen Reflektors eine Laser-Linie 10, die quer zu Luftströmungsachse 7 angeordnet ist. Diese Laserstrahlen-Linie 10 wird innerhalb des Hohlzylinder-Spiegels hin und her mehrfach reflektiert, wobei die Laserstrahlen-Firewall 8 innerhalb des Reflektors 3 generiert wird. Der Reflektor mit seiner ringförmigen Klarspiegelwand 4 ermöglicht eine sehr starke Erhöhung der Strahlendichte, mit der die Viren bei einer Luftströmung bestrahlt werden. Die Laserstrahlen-Quelle bzw. die Laserdiode befindet sich außerhalb des Reflektors und somit steht sie den Laserstrahlen nicht im Weg, während diese in dem Reflektor dutzende oder gar hunderte Male hin und her reflektiert werden. Das ist auch ein wichtiger Punkt, im Vergleich zu dem Stand der Technik, wobei dort die UV-Strahlenquelle sich den Strahlen im Weg stellt und die Reflektionen Großteils selbst absorbiert. Hier findet keine Absorption der Reflektionen durch die Laserdiode statt. Das Licht-Fenster 11, durch das die Laserstrahlen in dem Innenraum des Hohlzylinders eindringen, ist zwar ein Störfaktor, allerdings ist es sehr klein (paar mm²) und kann dabei komplett vernachlässigt werden. Somit steht den Laserstrahlen 6 so gut wie nichts im Weg (außer Viren und Staub in der Luft) und daher steigt deren Strahlendichte kontinuierlich mit jeder Reflektion, bis irgendwann die Absorption und Streuungseffekt die Oberhand gewinnen. Mit einem solchen speziellen Reflektor in Form eines optischen Resonators kann die Laserstrahlenintensität in dem Hohlzylinder einige hunderte bis tausende Male erhöht werden. Damit kann man mit relativ schwachen Laserdioden, die ca. 0,5 bis 3,6W-Laserleistung emittieren (je nach Größe des Hohlzylinders), eine beachtliche Laserleistung in dem Hohlzylinder- / Resonator-Raum generieren, die vergleichbar mit einer Laserleistung einer 120- 1000W-Laserquelle wäre. Eine 100-Fache Reflektion wäre mit einer solchen Klar-Spiegelwand 4 leicht machbar. Dort wäre jeder Laserstrahl ca. 100-mal von den Klar-Spiegel-Wänden hin und her reflektiert, bis sie entweder den Reflektor bzw. den Hohlzylinder an seinen Enden verlässt oder absorbiert wird. Man muss bedenken, dass ein Laserstrahl auf einer Strecke von z.B. 1200cm in 12cm Längen „zerstückelt“ wird und diese in dem Reflektor zusammengefügt werden. Diese 12cm Laserstrahl-Einheiten werden 100mal in dem Reflektor „erscheinen“, was eine beachtliche Leistung bedeutet, die im Idealfall von 100 Laserdioden gleicher Art und Leistung zu erzeugen wäre, wenn kein 12cm-Hohlzylinder-Reflektor vorhanden wäre. Weil der Absorption-Effekt nicht zu vernachlässigen ist, wäre die dabei erreichte Laserleistung bei 100 Reflektionen innerhalb des Reflektors vergleichbar mit mindestens 50 bis 80 Laserdioden, je nach Qualität des dabei verwendeten Spiegels.
Die Vorrichtung ist wie ein Rohr gebaut, die mit einem Standfuß ausgestattet ist und kann fast wie ein Ventilator (Tischventilator oder Standventilator) hin und her geschwenkt, wobei die Blasrichtung eingestellt werden kann. Er kann im Raum oder auf einem Tisch aufgestellt werden und wird die Luft nach und nach von Viren befreien, bzw. die Krankheitserreger neutralisieren. Wie üblich bei herkömmlichen Ventilatoren, auch hier wird die Luft von einer Seite eingesaugt und auf der anderen Seite abgeblasen. Wie schnell die Luft in einem Raum durch diesen Luftsterilisator strömen wird, hängt von der Lüfter-Leistung und von der Größe des Raums ab.
Es ist bekannt, dass das UV-Licht, das mit einer Wellenlänge von 100 bis 300nm emittiert wird (UV-C oder Fernes UV-C-Licht), am effektivsten die Viren und Bakterien bekämpfen kann. Während das UV-Licht, das mit herkömmlichen Leuchtmitteln, wie z.B. UV-Lampen, UV-Leuchtstoffröhren oder UV-LED-s, erzeugt wird, diffuse ist und deren Strahlenprojektions-Geometrie nur mit viel Aufwand kontrollierbar ist, sind die UV-Laserstrahlen viel besser einsetzbar. Der Bestrahlungsbereich kann bei Laserdioden optimal definiert werden. Die UV-Strahlung hat einen Nachteil, weil sie Schäden an Menschen hervorrufen kann. Um die Gefahr oder mögliche Schäden an Menschen so gering wie möglich zu halten, wird vorgeschlagen die UV-Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von 222nm zu verwenden. Forscher haben herausgefunden, dass das UV-C Licht mit einer Wellenlänge von ca. 222nm, wenig oder kaum Schäden an das menschliche Gewebe verursacht, anderseits bekämpft es effektiv und genauso gut wie das Breitspektrum-UV-C Licht die Viren und Bakterien, In einer aktuellen Studie testeten die Forscher den Effekt dieses UV-C Licht auf Influenza Viren. Es zeigte sich, dass dieses Licht, die H1N1-Influenzaviren (hochansteckend und hochviral), die sich in der Luft einer Versuchskammer befanden, ebenso effektiv ausschaltete wie normales Breitspektrum-UV-C-Licht. Um UV-C Licht zu erzeugen, wurden früher Quecksilber-Lampen benutzt. Seit einigen Jahren kann man UV-C Licht ganz einfach mit Hilfe von Laserdioden erzeugen. Ebenso verschiedene Laserstrahler z.B. auf Metalldampf-Hohlkathoden basierenden UV-Laser (z.B. HeAg-Laser bei 224.3 nm und NeCu-Laser 248nm) können diese Strahlung erzeugen. Mit etwas kleinere Leistung sind Laserdioden in der Lage die notwendige UV-Laserstrahlung zu erzeugen. Um UV-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge in monochromatischen Form zu erzeugen, wie z.B. das UV-Licht mit 222nm Wellenlänge, sind bei niedrige bis Mittel-Leistung die UV-Laserdioden die beste Wahl. Dieses UV-Licht kann z.B. eine dafür hergestellte Laserdiode problemlos emittieren. Sie wirkt optimal gegen Viren und Bakterien, verursacht allerdings kaum oder nur geringfügig Gewebeschäden an Menschen.
Obwohl die UV-Laserstrahlen für die Erfindung verwendet werden, ist eine Gefahr für Menschen durch die UV-Laserstrahlen hier so gut wie gar nicht gegeben, weil die Laserstrahlen vorwiegend in dem Hohlzylinder bzw. Reflektor „gefangen“ gehalten werden und nur drin hin und her reflektiert werden. Der Hohlzylinder / Reflektor, der ähnlich wie ein optischer Resonator gebaut ist, hat die Form eines Rohrs, das einen Innendurchmesser von ca. 50- 200mm hat. Man kann zwar auch größere Geräte herstellen (z.B. 200 - 800mm Durchmesser oder noch grösser), aber für eine mittelgroße Wohnung, kleinere Klassenzimmer oder Büro-Gebrauch würde das reichen.
Der Hohlzylinder kann aus Metall oder auch aus einem anderen Material (z.B. Kunststoff, Keramik, Glas, oder sonstwas) bestehen. Er ist mit einer Innen-Wand 4, die komplett und klar verspiegelt ist, ausgestattet. Die Aufgabe des Hohlzylinders / Reflektors (ähnlich gebaut wie ein optischer Resonator) ist es, die Laserstrahlen, die dort radial bzw. auf radialer Ebene 12 durch einen sehr kleinen Lichtfenster 11 aus einer Laserstrahlenquelle eindringen, so oft wie möglich im Reflektor-Raum zwischen den Innen-Wandflächen hin und her zu reflektieren. Es ist sehr wichtig, dass die ringförmige Reflektor-Spiegelwand 4 kein diffuser sondern ein Klarspiegel ist, der die UV-Laserstrahlen sehr gut hin und her von den Wänden so präzise reflektiert, dass die Laserstrahlen den Reflektor-Raum nicht oder nur sehr geringfügig verlassen können. Die runde Form bzw. Hohlzylinderform des Reflektors hat den Vorteil, weil die Reflektionen eine relativ homogene Strahlenwand bilden. Durch die Innenwand mit Klarspiegel sind der Lichtstreuungseffekt und auch der Laserstrahlen-Verlust sehr gering. Kommen die Laserstrahlen durch zahlreiche Reflektionen doch an den Rändern 13 des Hohlzylinders, werden sie durch je eine leichte Rand-Spiegel-Wölbung 14 nach Innen wieder zurück in dem Reflektor gelenkt. Die eventuelle Lichtstreuung der Laserstrahlen verhindern die zwei Absorber-Ringe 15, die diese Strahlung absorbieren und in Wärme umwandeln. Die Laserstrahlen werden zwar stets auf radialer-Ebene hin und her reflektier, also quer zu Luftströmungs-Achse 7, aber dennoch wandern sie, bzw. die Reflektions-Punkte langsam nach außen. Das kann aber erst nach dutzenden oder gar einige hunderte Reflektionen geschehen. Auch dann, wenn die Strahlen am Rand des Hohlzylinders gelangen, behalten sie mehr oder weniger die radiale Strahlrichtung, also quer zu Luftströmungsachse. Deswegen können sie optimal durch die Absorber-Ringe komplett absorbiert werden, bevor sie den „Sprung“ nach außen schaffen würden. Diese technischen Raffinessen ermöglichen es, das trotz der offenen Bauweise, keine UV-Laserstrahlen außerhalb des Reflektors heraus kommen. Weil die UV-Laserstrahlen mehrfach (dutzende bis hunderte Male, oder bei sehr genauen Aufbau und hochwertigem Material der Spiegelflächen, auch tausende Male) hin und her in dem Reflektor reflektiert werden, ist die Laserstrahlen-Wand 8 drin sehr intensiv und weist eine sehr hohe Strahlendichte auf. Diese Laserstrahlen-Wand schließt komplett die Hohlzylinder- / Reflektor-Öffnung, durch die die Luft strömt. Die Laserstrahlen-Wand ist anfangs recht dünn (deren Stärke beträgt lediglich ein paar mm), ist rund wie die Querschnitt des Hohlzylinders und wird nach zahlreichen Reflektionen immer breiter. Insgesamt wird die Laserstrahlenwand komplett den Hohlzylinder-Innen-Raum füllen und dort eine Barriere bilden, die gegen Viren und anderen Krankheitserreger wirksam einsetzbar ist.
Auf der 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Luftsterilisators 1 dargestellt worden, der auch als Prototyp gebaut wurde. Ein Hohlzylinder 3 mit einem Innen-Durchmesser von 80mm mit einer Länge von 200mm wurde dabei verwendet. Die Innenwand 4 des Hohlzylinders ist komplett klar verspiegelt. An den Rändern sind zwei dünne Ringe 15 drin eingebaut, die aus einem schwarzen, UV-resistenten Gummi bestehen. Optimal sind schwarze Keramik-Ringe mit matter Oberfläche, aber auch Gummi-Ringe sind dafür geeignet. An einem Ende des Hohlzylinders ist ein 80mm Ventilator / Lüfter 16 (aus einem PC) eingebaut, der flüsterleise ist. Der Lüfter saugt die Luft aus der Umgebung ein und bläst in dem Hohlzylinder 3 rein. Ungefähr in der Mitte der Hohlzylinder-Länge sind drei UV-Laserdioden 5 entlang der Hohlzylinder-Längsachse 17 in die Außenwand 18 des Hohlzylinders in kleinen Abständen von einander (ca. 10mm) eingereiht, eingebaut. Sie emittieren die Laserstrahlen in dem Hohlzylinder rein, durch jeweils ein kleines Fenster 11. Die Fenster sind kleine Öffnungen, die ca. 2 - 4mm² groß sind, durch die die Laserstrahlen auf radialer Ebene 12 in dem Hohlzylinder 3 reinkommen. Die UV-Laserdioden 2 haben je eine Leistung von 0,35W und emittieren eine UV-Strahlung mit ca. 250nm Wellenlänge. Sie projizieren je eine Laserstrahlen-Linie 10 auf die gegenüber liegende Spiegelwand. Die Laserstrahlen-Linien-Länge beträgt ca. 15cm und ist 2mm breit, wenn man die Laserdiode auf einem Blatt Papier aus 80mm richtet. Weil aber die Hohlzylinder-Spiegel-Wand 4 gekrümmt ist, werden die Laserstrahlen keine 15cm Laserlinie bilden können, sondern sie ist kürzer und die Linie „klettert“ in die Wände etwas hoch. Die Laserstrahlen werden jedesmal von einer Spiegelwand-Fläche auf die andere reflektiert, der Strahlenrichtung behält aber stets, mehr oder weniger die radiale Ebene. Nach einige hunderte Reflektionen wandern die Reflektions-Punkte dennoch näher an den Rändern des Hohlzylinders, wo sie durch die Absorber-Ringe absorbiert werden. Schutzblenden in Form von Ringen oder Ring-Lamellen 19 können zwar an den Hohlzylinder-Öffnungen eingebaut werden, müssen allerdings nicht unbedingt, weil tatsächlich keine UV-Strahlung aus dem Hohlzylinder herauskommt. Durch die UV-Laserstrahlung in dem Hohlzylinder wird eine UV-Strahlen-Wand (UV-Firewall) 8 mit einer Stärke erzeugt, die nahezu die Hohlzylinder-Länge beträgt, durch die die Luft mit allen Viren und Krankheitserregern durchströmen muss. Durch die enorm hohe Strahlen-Intensität, die durch die zahlreiche Reflektionen in dem Hohlzylinder verstärkt wird, werden die Viren und andere Krankheitserreger auch bei relativ hohen Luftströmungsgeschwindigkeit entweder vernichtet oder inaktiviert. Der Lüfter aus den Prototypen hat eine Leistung, die ca. 50m³/ Stunde in Bewegung setzt. Das bedeutet, dass der Lüfter ca. 13,8 l/s bewegen muss. In dem Zylinder wird die Luft mit ca. 2,6m/s strömen. Die Luft bleibt ca. 80ms in dem Hohlzylinder drin. Das ist die Zeit, die die UV-Strahlenwand hat, um die Viren zu vernichten. Mit einer UV-Laserleistung von 3 x 0,35W ist das leider nicht machbar. Dafür bräuchte man mindestens ca. 3 x 2,5W-UV-Laserdioden. Aber mit Hilfe des Spiegels, in dem hunderte Reflektionen stattfinden, ist das sehr wohl realisierbar. Der Spiegel simuliert mit jeder Reflektion fast eine neue Laserdiode hinzu, was bei hundert Reflektionen eine theoretische UV-Leistung von 3 x 35W zusammen kommen würde. Natürlich praktisch sind diese Werte etwas niedriger, weil der Spiegel mit jeder Reflektion die UV-Strahlung geringfügig absorbiert, aber dennoch ca. 3 x 20W UV-Laserleistung durch alle drei Laserdioden werden schon drin übrig bleiben, was deutlich mehr als genug ist. Obwohl dort durch die Luftmassen mit den Viren innerhalb 0,077s diese Laserstrahlenwand (Firewall) durchqueren, werden sie durch die Laserstrahlen so intensiv bestrahlt, dass sie ausreichend neutralisiert werden. Die Viren (bzw. die Aerosole, in denen die Viren stecken) reisen mit der Luftströmung durch den Hohlzylinder mit ca. 2,6m/s. Die Laserstrahlenquelle erzeugt keinen Punktstrahl, sondern eine Laser-Linie 10, die auf der Klar-Spiegelwand 4 projiziert wird.
Die Laserstrahlen haben eine weitere positive Eigenschaft in Bekämpfung gegen Viren in der Luft: weil die Laserdioden eine kohärente Strahlung emittieren, eine hohe Strahlendichte erreichen und deren Strahlen-Geometrie präzise gestaltet und gut gebündelt werden kann, wirken sie auch einige Meter entfernt von der Laserstrahlenquelle sehr effektiv gegen Viren, was mit herkömmlichen UV-Lichtquellen nur in sehr kurzen Distanz (ca. 3 - 15cm) machbar ist.
Die UV-Laserstrahlen mit hoher Intensität neutralisieren oder zerstören die Viren komplett. Diese Vorrichtung nutzt genau diesen Effekt, um die Krankheitserreger aktiv zu bekämpfen. Die feinen Mikro-Tröpfchen / Aerosole sowie Bakterien oder Viren, die in die Luft, bzw. in den Aerosol-Tröpfen sich befinden, werden dabei durch UV-Laserstrahlung am Vorbeiströmen desinfiziert. Der Luftsterilisator kann zwar einen Luftfilter 20 beinhalten, mit dem auch die Staubpartikel aus der Luft filtriert werden können, das ist aber nicht unbedingt erforderlich, weil hier nicht viel um Luftreinigung geht, sondern um eine Sterilisation. Hinzu kommt, dass ein Luft-Filter die Luft-Förderleistung des Luftsterilisators drosseln würde.
Auf der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. An den Rändern des Reflektor-Ringes sind ringförmige Blenden oder Lamellen 19 eingebaut, die die Laserstrahlen so abschirmen, dass sie auch ohne Absorber-Ringe nicht mehr außerhalb des Reflektors kommen. Auch hier wird durch die Laserstrahlen in dem Hohlzylinder / Reflektor drin eine Laserstrahlen-Wand (Laserstrahlen-Firewall) generiert, durch die die Krankheitserreger mit der Luftströmung passieren müssen. Hier sind die Laserdioden nicht in Reihe angeordnet, sondern sie sind in den Umfang des Hohlzylinders verteilt. Diese müssten rund um den Reflektor-Umfang gleichmäßig verteilt werden.
Die Variante, die auf der 3 dargestellt ist, verwendet statt UV-Laserdioden, die für Menschen harmlosen IR-Laserdioden 21, die ebenso gegen Viren eingesetzt werden können. Allerdings ist die notwendige Laserleistung dort deutlich höher, als bei der Verwendung von UV-C-Laserdioden der Fall ist. Die IR-Laserdioden-Leistung müsste hier ca. 3 - 5 mal höher sein, um einen ähnlichen Effekt erzielen zu können, nämlich eine Neutralisierung der Viren. Statt drei Laserdioden mit je 0,35W, müssten hier drei IR-Laserdioden mit einer Wellenlänge von 800nm, mit je 1,2W Laserleistung verwendet werden oder dementsprechend die Laserdioden-Anzahl erhöht werden (z.B. sechs Stück, mit je 0,8W-IR-Laserleistung). Auch die IR-Laserstrahlen werden durch die Spiegelflächen des Hohlzylinders / Reflektors hin und her reflektiert und dabei wird die Laserstrahlen-Dichte innerhalb des Reflektors stark zunehmen, wobei eine Firewall 8 entsteht, die die Hohlzylinder-Öffnung komplett schließt. Die Virenneutralisierung funktioniert bei 800nm IR-Laserdioden etwas anders, als das die UV-Laserdioden mit 222nm Wellenlänge (oder z.B. 100 - 300nm) es tun. Statt die genetischen Stränge zu beschädigen oder destabilisieren, wird hier zumindest kurzzeitig eine Inaktivierung in erste Linie durch den thermischen Effekt erreicht. Die Aerosole mit H1N1-Viren-Arten oder die Corona-Viren werden durch die Strahlung in dem Reflektor, während sie sich dort aufhalten, blitzartig erhitzt und deren Oberfläche oder Hülle beschädigt. Vor allem die Andockelemente auf der Hülle, Spikes, die z.B. bei COVID-Viren fast wie Broccoli aussehen, werden dabei verändert, sodass kein Andocken mehr an gesunden Zellen möglich ist. Ohne diese Elemente können die Viren in den Körperzellen nirgendwo mehr andocken, was deren Infektions-Eigenschaften zunichte macht. Die Luft in dem Hohlzylinder wird allerdings kaum erwärmt, weil fast keine Interaktionen zwischen IR-Laserstrahlen und der Luftmolekülen gibt. Lediglich die Staubpartikeln, die in die Luft sich befinden, werden durch die IR-Laserstrahlung erhitzt. Die Viren mit deren extrem kleinen Abmessungen (z.B. Corona-Viren mit ca.80nm Durchmesser), werden ebenso erhitzt, obwohl sie teilweise durchsichtig für die IR-Laserstrahlen scheinen, aber dennoch einen guten Anteil davon absorbieren, was zu deren blitzartigen Erhitzung führt.
Unabhängig davon, ob die UV-C oder IR-Laserstrahlen verwendet werden, im Gegensatz zu den Luft-UV-Desinfektoren, die im Stand der Technik beschrieben worden sind, bei denen UV-Lampen eingesetzt werden, wird die Strahlendichte hier bei der Erfindung mit einer relativ geringen Laserdioden-Leistung, dutzende oder gar hunderte Male multipliziert werden, weil die Strahlenquelle nicht in einem Spiegel-Kammer drin eingebaut ist oder von einem Spiegel umgeben drin sitzt, sondern die Strahlenquelle in der Peripherie, außerhalb des Spiegels sich befindet. Hier bei der Erfindung dringen die Laserstrahlen durch ein sehr kleines Fenster 11 in dem Reflektor / Hohlzylinder 3 quer zu Luftströmungsrichtungs-Achse 7 ein, ohne sich im Weg danach zu stellen. Zudem besitzen die Laserstrahlen eine viel präzisere Strahlen-Projektions-Geometrie und können stark gebündelt werden. Deren Kohärenz, Strahlendichte und Intensität sind Eigenschaften, die sie weitgehend besser im Einsatz gegen Viren darstellen, als die herkömmlichen UV-Lampen oder UV-LEDs das können. Diese Eigenschaften und Konstruktions-Lösungen erbringen die entscheidenden Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Z.B. die Vorrichtung aus der US 2012 / 0 285 459 A1 kann leider keine hohe Multiplikation der Strahlendichte trotz des Zylinder-Spiegels erreichen, weil die UV-Strahlen dort nach einige Reflektionen Großteils von der Strahlenquelle bzw. UV-Lampe selbst absorbiert werden, weil diese den Strahlen mehr oder weniger im Weg sich stellt. Komplett anders sieht die Situation aus, wenn die Strahlenquelle in der Peripherie, außerhalb des Spiegels und des Strahlen-Weges, in den die Strahlen innerhalb des Reflektors bzw. im Reflektor-Raum sich befinden, eingebaut ist.
Die UV-Strahlen, deren Wellenlänge unter 200nm liegt, erzeugen vermehrt Ozon, was auch nicht ganz toll für die Gesundheit ist, obwohl es zusätzlich gegen Viren wirkt. Die Laserdioden-Varianten mit Blau-, Grün-, Gelb-, Rot- oder Infrarot-Strahlung haben das Problem mit dem Ozon-Effekt so gut wie gar nicht. Auch UV-Laserdioden, die auf 250-400nm emittieren, erzeugen nur wenig oder kaum Ozon, wirken aber dennoch effektiv gegen die Viren.
Weil die Spiegelwand 4 kein diffuser Reflektor, sondern ein richtig klarer Spiegel ist, ist die Reflektion der Laserstrahlen sehr gut, präzise und sie bauen eine komplett schließenden Firewall 8 oder Laserstrahlenwand auf. Bei der Verwendung von UV-Laserstrahlen, kommen diese nicht in diffuser Form, sondern sie sind stark gebündelt. Sie dringen durch ein kleines Lichtfenster 11 im Hohlzylinder 3 ein, projizieren auf der gegenüber liegende Spiegelfläche 4 eine lange, dünne Linie 10, die quer zu Luftströmungsachse 7 angeordnet ist und werden dann quer zu Luftströmungsrichtung in dem Reflektor 3 stets von einer Spiegel-Wand auf die andere Spiegel-Wand-Seite reflektiert und das mehrfach (dutzende, hunderte oder bis einige tausend Male), sodass sie komplett die Öffnung des Reflektors durch die UV-Laserstrahlenwand (Lichtbarriere) schließen. Wichtig ist dabei, dass der Laserstrahl aus der Laserdiode nicht punktförmig, sondern in Form einer Projektion einer Linie, die quer zu Luftströmungsrichtung angeordnet ist, auf dem Spiegel des Reflektors projiziert wird. Die Länge der Laserstrahlen-Linie sollte ca. 70-150% des Reflektor-Durchmessers betragen. Durch die zahlreiche Reflektionen der Laserstrahlen rotiert zwar deren Richtung stets innerhalb des Reflektors (auf der 13 zu sehen), aber die bleiben möglichst lange auf der gleichen Ebene. Weil die Spiegelfläche innen in dem Reflektor zylindrisch geformt ist, werden die UV-Laserstrahlen beim Reflektieren jedesmal lediglich in Quer-Richtung zu der Luftströmungsachse breiter, aber sie bleiben stets auf einer Ebene. Das bedeutet, die Laserlinie wird jedesmal länger aber kaum breiter. Auf diese Weise wird eine Laserstrahlen-Wand erzeugt, die die ganze Reflektor-Öffnung lückenlos schließt. Durch die zahlreiche Reflektionen und weil die Strahlen stets auf der gleichen Ebene sich befinden bzw. planparallel reflektiert werden, ist die Strahlendichte, bzw. die Strahlenintensität in dem Reflektor enorm hoch. Es kann das Hundertfache der UV-Leistung der Laserdiode oder mehr erreicht werden, was mit herkömmlichen UV-Leuchtmitteln (UV-Lampen, UV-LED-s, etc.) und diffuse Spiegel-Wände nicht erreichbar wäre. Die Viren werden dutzende oder gar hunderte Male gleichzeitig von allen Seiten durch die Reflektor-Spiegel reflektierten Laserstrahlen getroffen und dabei innerhalb Millisekunden neutralisiert. Die Stromversorgung für die Laserdiode wird von einer elektronischen Steuerung 22 geregelt. Ob das Gerät mobil (akkubetrieben) oder an Stromnetz angeschlossen werden soll, bleibt dem Hersteller überlassen.
Die UV-Methode wird zwar seit längerer Zeit auch industriell angewendet (Desinfizierung von Luft und Flüssigkeiten vor dem Verpacken in Behälter), hier aber bei der Erfindung ist die Verwendung von UV-Laserdioden außerhalb des Spiegels und vor allem in Kombination mit dem Hohlzylinder-Spiegel und der dünnen Laserlinien-Projektion neu, wobei diese Konstruktion dem Hohlzylinder-Spiegel optische Resonator-Eigenschaften verleiht, der die UV-Laserstrahlung deutlich verstärkt. Auf diese Weise kann man mit relativ geringer UV-Laserstrahl-Leistung einen beachtlichen Dekontaminations-Effekt erreichen. Natürlich durch die zahlreiche Reflektion bzw. leicht Absorbierenden-Effekt bei jeder Reflektion werden die immer wieder reflektierenden Laserstrahlen mit jede Reflektion etwas schwächer, aber es kommen dauernd neue Laserstrahlen von der Laserdiode hinzu.
Um das klarzustellen, die Laserdioden und der Hohlzylinder-Spiegel mit Optik-Resonator-Eigenschaften erzeugen dabei keine überschüssige Energie. Es wird kein überschüssiger Laserleistungs-Output generiert. Die Laserstrahlen werden durch zahlreiche hin- und her Reflektionen lediglich „gezwungen“ etwas längere Wege in dem Hohlzylinder zurück zu legen. Wenn 250 Laserstrahlen-Reflektionen in einem Hohlzylinder-Spiegel stattfinden, dann bedeutet dass, dass jeder Laserstrahl ca. 20m Weg in dem nur 0,2m langen Hohlzylinder zurücklegt. Das bedeutet auch, dass die Viren ca. 250mal mehr von Photonen getroffen werden, als bei einem einzigen Laserstrahl ohne Reflektion der Fall wäre. Es ist also alles im Einklang mit den physikalischen Gesetzen.
Eine weitere Ausführung (4) benutzt Laserdioden im Impulsbetrieb oder Puls-Laserdioden 23, die intensive Laserimpulse mit sehr hoher Repetitionsrate abgeben. Die schnellen Laserimpulse werden zwar in Zeiteinheiten abgeben (nach jedem Impuls folgt eine Ruhephase), die Impulse erreichen aber dennoch eine etwas höhere Laserstrahlendichte, als das der Fall bei Dauerlaserbetrieb ist, die auf die Viren sehr effektiv wirken. Die Repetitionsrate ist sehr hoch. In unserem Beispiel wird eine Repetitionsrate zwischen 80MHz - 120MHz gewählt (sind allerdings deutlich höhere Repetitionsraten realisierbar). Vor allem damit wird die Virenhülle etwas effektiver angegriffen bzw. beschädigt, was bei dem Einsatz eines Dauerlaserbetriebs, eine etwas höhere Leistung beansprucht. Die Erzeugung der Laserimpulse wird durch eine spezielle Steuerung 24 veranlasst, die auch im Elektronik-Bereich schon bekannt ist, die auch direkt in dem Laserdioden-Gehäuse integriert werden kann. Vor der Serien-Herstellung kann man wegen Versuchszwecke bei einem Prototyp die Impuls-Breite und deren Repetitionsrate einstellbar gestaltet werden (durch eine elektronische Schaltung, PC-Schnittstelle oder Touchdisplay-Steuerung). Die Vireninaktivierung mit Hilfe von Laserimpulsen wird bei zahlreichen wissenschaftlichen Untersuchungen belegt. In einer Studie werden sehr kurze 80-Femtosekunden Laserimpulse mit einer 850nm-Wellenlänge mit lediglich 500mW-Laserleistung, stark gebündelt auf die Viren abgegeben und dabei diese blitzartig vernichtet. Es gibt zahlreiche Femtosekunden-Laser, die recht große Abmessungen haben und stark gebündelte Impulse mit hoher Energie abgeben (MW bis einige GW-Leistung), die sind aber nicht für diese Erfindung hier geeignet (wegen deren Masse, Preis, usw.).
Weil die Lüfter 16 oft eine variabel einstellbare Luftströmungs-Intensität haben (Stufenschalter oder stufenlose Regelung), müsste die Laserleistung der Laserdiode an die Strömungs-Intensität angepasst werden. Eine automatische Steuerung kann anhand der StrömungsGeschwindigkeit die Laser-Leistung selbständig und in Echtzeit regeln. Bei schneller Luftbewegung durch den Hohlzylinder-Spiegel-Reflektor wird die UV-Leistung erhöht, um alle dort passierenden Viren oder Bakterien zu neutralisieren, und gesenkt werden, wenn Luftbewegung langsamer wird. Weil die Krankheitserreger bei höherer Luftströmungs-Geschwindigkeit relativ schnell aus der UV-Firewall-Zone sich entfernen, ist eine höhere UV-Laserstrahlintensität notwendig, um den Dekontaminations-Effekt ordnungsgemäß ausführen zu können. Anderseits bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten wäre Energieverschwendung, wenn mit voller Intensität die Laserstrahlenquellen betrieben wird, wobei auch mit niedrigerer Leistung das erreichbar wäre. Der Ventilator kann für diese Zwecke mit einem Strömungsgeschwindigkeits-Sensor-System 25 oder einem Lüfter-Drehzahl-Sensor 33 ausgestattet werden, der mit der Laserdioden-Steuerung 22 oder einem UV-Laserdioden-Leistungsregler 26 gekoppelt ist. Das würde eine automatische Steuerung der Laserstrahl-Leistung oder Laser-Intensität bewirken, wobei abhängig von der Geschwindigkeit mit der die Luft ein- oder ausströmt, die UV-LaserstrahlIntensität dementsprechend angepasst wird. Die Luftströmungsgeschwindigkeit kann auch direkt anhand der Stufen-Leistungsteuerung des Lüfters über einem Stufenschalter-Position bzw. seine festgelegte Drehzahl ermittelt werden, allerdings ist eine Ermittlung durch Luftströmungssensoren oder Lüfter-Drehzahl-Sensor 33 etwas genauer (z.B. wenn zusätzlich ein Luftzug im Raum vorhanden ist).
Bei den Ausführungen, die hier beschrieben worden sind, wird die Laserstrahlenenergie bzw. die UV-Laserstrahlenergie innerhalb des Reflektors „akkumuliert“. Die ganze UV-Energie befindet sich in innerhalb des Reflektors 3 in seinem Innen-Raum, umgeben von dem Hohlzylinder-Spiegel 4 und baut dort die Laserstrahlenwand 8 auf. Dadurch wird die Luftmasse, die sich dort bewegt, komplett und sehr stark „durchleuchtet“. Weil die UV-Laserstrahlen stark gebündelt sind, ist der Effekt gegen Krankheitserreger sehr gut. Die Luftmassen müssen beim Ein- oder Ausströmen durch diese Laserstrahlen-Barriere 8 hindurch. Die Viren oder Bakterien in die Luft durchqueren den Hohlzylinder mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, die abhängig von der Leistung des Ventilators oder seiner Steuerung ist. Die Luftmassen können bei voller Leistung des Ventilators mit einer niedrigen oder auch relativ hohen Geschwindigkeit transportiert werden. Z.B. 0,2 bis 5m/s können locker entwickelt werden.
Die Reflektionen in dem Reflektor, erzeugen kaum Lichtstreuung, weil die komplette Hohlzylinder-Spiegelfläche 4 parallel zu der Luftströmungsachse 7 verläuft, somit sind die Spiegel-Wandflächen diametral punktuell gegenüber stets parallel gerichtet und die Laserstrahlen auf einer Linie gebündelt sind. Je öfter die UV-Strahlen in dem Reflektor hin und her reflektiert werden, desto höher die Strahlendichte und damit stärker der Dekontaminations-Effekt ist. Je nachdem wie groß der Lüfter 16 ist und seine Förderkapazität beträgt, kann der Hohlzylinder auch grösser oder kleiner gebaut werden. Die Innen-Wand des Reflektors kann in die Längsachse des Rohrs an den Rändern etwas nach innen gewölbt konzipiert werden (5). Diese Wölbungen oder Krümmungen 14 ermöglichen, dass die Laserstrahlen wieder in dem Reflektor-Raum „zurückkehren“. Das Ziel ist es, so lange wie möglich, die durch eine UV-Laserdiode oder IR-Laserdiode abgegebene Laserstrahlen, hin und her innerhalb des Reflektors zu reflektieren. Die UV-Laserdiode ist in die Reflektor-Außenwand-Wand 18 bzw. außerhalb des Reflektor-Raums eingebaut, mit der fast Strahlrichtung auf radialer Ebene 12 auf die gegenüber liegender Reflektor-Innenwand. Die UV-Laserstrahlen oder IR-Laserstrahlen, je nachdem welche Laserdioden-Art verwendet wird, kommen von der Peripherie des Reflektors drin und bleiben dann durch mehrfache Reflektion möglichst lange dort. Weil die Laserstrahlen radial durch ein paar mm² kleines Lichtfenster 11 reinkommen und eine lange Linie 10 quer zu Luftströmungs-Achse 7 auf die gegenüber liegende Spiegelfläche 4 projizieren, werden sie jedesmal wenn sie eine Spiegelwand treffen, wieder auf die gegenüberliegende Wand zurückgeworfen. Weil die Strahlen niemals die gleiche Stelle des Spiegels treffen, werden sie auf diese Weise zwar in verschiedenen Winkeln zurückgeworfen, aber sie befinden sich stets auf der gleichen Ebene und werden dauernd hin und her zwischen den Innen-Wandflächen / Spiegelwände des Hohlzylinder mit Optik-Resonator-Eigenschaften geworfen. Sie bleiben innerhalb des Hohlzylinders bis sie durch zahlreiche Reflektionen soweit an den Rändern kommen, dass sie durch die Rand-Absorber-Ringe 15 absorbiert werden. Durch die Krümmung der Hohlzylinder-Wand des Resonators breiten sich die Laserstrahlen dementsprechend divergiert aus, bzw. die Laserlinie wird mit jeder Reflektion immer länger, aber sie wird kaum oder nur geringfügig breiter. Nach Dutzend oder gar Hunderte Reflektionen wird die Öffnung komplett durch die Laser-Strahlen-Wand geschlossen. An jedem Reflektion-Punkt breiten sich die Laserstrahlen in Form eines Dreiecks aus (6). Nach außen kommen sie nicht so leicht, bzw. erst dann wenn sie einige dutzende Male hin und reflektiert worden sind. Je genauer der Resonator / Klar-Spiegel-Reflektor gebaut ist, bzw. die Innenwand-Spiegel-Fläche optimal so gerichtet ist, dass sie stets die mehrfache Reflektion aufrechterhält, desto höher ist Strahlendichte und damit die Wirkungsgrad des Dekontaminations-Effekts. Die leichte Rand-Wölbung kann dazu dienen, die Laserstrahlen die sich dem Rand nähern, wieder möglichst mittig in dem Resonator-Ring bei erneuter Reflektion zu positionieren
Die UV-C-Laserstrahlen aus der UV-Laserdiode werden zwar jedesmal mit jeder Reflektion von den Spiegelflächen des Hohlzylinder-Spiegels ein wenig absorbiert, der Reflexions-Effekt bleibt dennoch relativ gut erhalten. Hinzu kommt, dass mit jeder Laserstrahlreflektion, ein neuer Strahl hinzu kommt, weil die Laserdiode permanent emittiert. Auf diese Weise erhöht sich innerhalb des Reflektors die Strahlendichte, die dann das maximal erreichte Niveau behält. Weil die Laserstrahlen stets ihre Richtung mit jeder Reflektion ändern (sie bleiben aber dennoch auf der radialen Ebene), trotz hoher Kohärenz werden keine Interferenzen auftreten. Für eine optimale Strahlenverteilung in dem Inneren des Resonators / Reflektors soll die UV-Laserdiode auf der Außenwand des Resonators mit fast radialer Strahlrichtung eingebaut werden und eine lange Laserlinie projizieren (keinen Punktstrahl). Weil die Laserdiode außerhalb des Resonators, bzw. au seine Außenwand eingebaut ist, dringen die UV-Strahlen durch eine kleine Öffnung / Lichtfenster von der Peripherie in dem Innenbereich des Spiegel-Reflektors / Resonators ein. Das Fenster ist mit eine durchsichtigen Scheibe, die die UV-Strahlung ungehindert durchlässt, bedeckt. Weil die UV-Laserstrahlen nach einer Vielzahl von Reflektionen immer mehr aus dem Mittelbereich des Reflektors in Luftströmungs-Achsen-Richtung sich entfernen und den Rändern des Reflektors nähern, können die beiden Ränder des Reflektors / Resonators mit je einen ringförmigen UV-Laserstrahl-Absorbierenden Beschichtung oder mit je einem Ring / Absorber-Ring versehen, der die Laserstrahlen absorbiert. Dadurch wird verhindert, dass nachdem die Laserstrahlen durch zahlreiche Reflektionen den Endbereich des Hohlzylinders / Resonators erreichen und aus dem Reflektor-Spiegel-Wand auszuscheiden, bzw. außerhalb des Resonators zu flüchten drohen, diese endgültig absorbiert werden. Die Absorption hat auch einen anderen positiven Nebeneffekt: der Reflektor wird dadurch etwas wärmer und somit bleibt die Spiegelfläche dort beschlagfrei, was für eine einwandfreie Betrieb des Dekontaminations-Ablaufs und Keimtötung bei einem Luftsterilisator, der in einer kalten Umgebung steht, wichtig ist.
Der Hohlzylinder kann auch ein Rohr sein, das eckig oder oval geformt ist. Wichtig ist dabei, dass dessen Innen-Wandfläche klar verspiegelt ist und die Reflektionen stets innerhalb des Reflektors stattfinden. Durch diese Form, wird eine optimale Reflektion der Laserstrahlen ermöglicht. Je nachdem wie gut und präzise der Reflektor und damit der Reflektor hergestellt wird, desto besser werden seine Reflektor-Eigenschaften. Der Reflektor ist so gebaut, dass er die Laserstrahlen dort gefangen hält und deren Ausbreitung in die Umgebung verhindert.
Ein Filter in dem Gerät ist nicht notwendig einzubauen, man kann dennoch einen Luftfilter 20 (z.B. aus Poren-Papier oder Vlies) benutzen, um die Staubpartikel abzufangen (7).
Eine weitere Ausführung ist mit einer automatischen Steuerung 27 ausgestattet, die die Intensität der UV-Laserdiode in Koordination mit den Werten eines Strömung-Geschwindigkeits-Sensors 25 genau steuert (8). Das bedeutet, je schneller die Luft durch den Hohlzylinder strömt, desto höher wird die Laserstrahlenintensität gesteuert, bzw. an die Luftströmung angepasst. Wenn eine Laserstrahlintensitäts-Steuerung abhängig von der Luftströmungs-Geschwindigkeit in Echtzeit erfolgt, kann man mit einer sehr präzisen Steuerung der Laserdiode, die mit der Luftströmung strömenden Viren, statt diese zu zerstören, lediglich inaktivieren, sodass sie eine Immunitäts-Antwort der Menschen, die die Luft aus dem Ventilator einatmen, hervorrufen. Die Viren, wenn sie nur soweit mit der UV- oder IR-Laserstrahlen behandelt werden, dass sie nicht komplett zerstört werden, sondern nur etwas „weicher“ behandelt werden (Inaktivierung), sind nicht mehr infektiös und können sich nicht mehr an die gesunden Zellen andocken oder sich vermehren. Die inaktivierten Viren wären dann fast ähnlich wie ein Impfstoff. Praktisch wird der Ventilator die Virenhaltige-Luft einsaugen, die dort befindlichen Viren inaktivieren und auf der anderen Seite die Luft mit inaktivierten Viren abgeben, wobei die inaktiven Viren wie eine Art Impfstoff auf einem gesunden Menschen wirken.
In dem Luftsterilisator können auch zwei Laserdioden-Arten gleichzeitig eingebaut werden. Z.B. zusätzlich zu der UV-Laserstrahlenquelle (UV-Laserdiode) 5 kann auch eine IR-Laserstrahlenquelle (IR-Laserdiode) 21 eingebaut werden, die durch Hitzeeinwirkung die Krankheitserreger tötet oder inaktiviert (9). Es reicht wenn die Krankheitserreger auf ca. 120°C blitzschnell erhitzt werden, um diese zu neutralisieren. Eine UV-Laserdiode mit 0,5W kombiniert mit einer IR-Laserdiode mit 3 - 10W Laserleistung kann problemlos mit Hilfe des Reflektors mit einem Hochzylinder-Durchmesser von 120mm auf einer Reflektor-Länge von 20cm bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 3m/s dekontaminieren.
Alle elektronischen und elektrischen Bauteile können kompakt in einem Gehäuse oder in die Außenwand des Hohlzylinders selbst eingebaut werden.
Die Laserstrahlen-Quelle kann bei allen Varianten automatisch mit dem Lüfter 16 eingeschaltet werden oder separat mit Hilfe eines Schalters jederzeit manuell aktiviert oder deaktiviert werden. In dem Fall wäre der Luftsterilisator 1 auch als ganz einfacher Ventilator verwendbar. Die Effektivität der UV-C-Laserstrahlen ist recht hoch. Ca. 99% der Influenza-Viren werden durch eine ziemlich geringe UV-C-Laserleistung, die lediglich 5 mWs/cm² beträgt, innerhalb 5 Minuten inaktiviert. Die Leqionellen werden mit einer Leistung von 1,35 mWs/cm² zu 99% inaktiviert. Die Corona-Viren brauchen auch lediglich 6-8 mWs/cm².
Der Spiegel-Hohlzylinder 3 mit optischen Resonator-Eigenschaften ist eine sehr wichtige Komponente, weil durch den die Laserstrahlenleistung drin vielfach multipliziert werden kann. Mit roher Laserdioden-Leistung ist bei einer schnellen Luftströmung recht wenig erreichbar. Man kann zwar damit eine Luft- und Oberflächen-Desinfizierung erreichen, allerdings wäre die dafür notwendige Laserleistung recht hoch oder die Bestrahlungs-Zeit deutlich länger (einige Minuten), wenn man effizient und gründlich damit arbeiten möchte. Die schnell durchströmende Luftmassen bewegen die Viren mit und diese bleiben nur sehr kurz in dem durch den Resonator und der Laserdiode erzeugten Firewall 8 drin. Nur solange die Viren innerhalb des Firewalls in dem Hohlzylinder-Spiegel 3 sich befinden, werden sie vernichtet oder neutralisiert. Durch die radiale Strahlung in dem Hohlzylinder und der Platzierung der Laserdiode 2 außerhalb der Spiegelwand, ist ein Multiplizieren der Strahlungsdichte problemlos machbar. Weil das Lichtfenster 11, durch das die Laserstrahlen 6 in dem Hohlzylinder-Spiegel 3 gelangen, sehr kleine Abmessungen hat, ist der Strahlenverlust beim Wiedertreffen der reflektierten Laserstrahlen dort relativ gering, somit dessen Störeffekt verschwindend klein.
Die Vorrichtung, bzw. der Reflektor mit der Laserdiode (oder Laserdioden) kann als autarke Einheit konzipiert werden und auf diese Weise auch in jedem Belüftungs-System, Klimaanlagen aller Art, Luftbefeuchter, etc. eingebaut werden. Der Luftsterilisator 1 kann in Klimaanlage der Fahrzeuge (oder in einem Gebäude) eingebaut (10).
Die Reflektion der UV-Laserstrahlen innerhalb des Luftsterilisators bzw. Hohlzylinder-Wände kann auch durch den Total-Reflektion-Effekt realisiert werden. In dem Fall müssten die Laserstrahlen in eine Glaslinse (Ring-Linse) 28, die ringförmig in die Innenwand des Hohlzylinders platziert ist, aber im Querschnitt prismenförmig oder in eine für totale Reflexion anderen geeigneten Form gebaut ist, stets auf einer Seite eindringen, auf der anderen austreten, bis sie die gegenüber liegende Linsen-Sektor (Kreissektor / Ringsektor) erreichen und dort wieder den gleichen Vorgang absolvieren (11). Im Querschnitt sieht diese Ring-Linse fast wie ein optisches Prisma aus. Die Strahlen werden dort verlustfrei reflektiert bzw. umgeleitet, allerdings beim Ein- und Austreten aus dem Glasmedium werden sie geringfügig absorbiert und dort direkt in IR-Licht oder Wärme umgewandelt. Auch ein ringförmiger und im Querschnitt U-förmiger Lichtleiter 29 kann ähnliches bewirken (12). An seinen beiden Enden 30 wird die Strahlung eindringen und stets auf dem anderen Ende austreten. Es ist wichtig, dass die Austrittstelle flach geformt (z.B. geschliffen oder geschnitten) ist, weil sonst die Lichtstrahlen diffus herauskommen und dann in allen Richtungen verfliegen. Die UV-Strahlen bleiben in dem Reflektor-Hohlzylinder 3 „gefangen“ bis sie durch das Ein- und Austreten aus der Glaslinse komplett absorbiert werden, oder sie so weit am Rand des Ringes kommen, dass sie durch Absorber-Ringe 15 absorbiert und in Wärme umgewandelt werden.
Es gibt aus dem Stand der Technik viele Arten von UV-Entkeimungs-Anlagen, die in Belüftungs-Systeme integrierbar sind, die aber vorwiegend mit UV-Lichtquellen arbeiten, die diffuses Licht abgeben und die dort eingebaute Reflektoren ebenso diffuse Reflektionen erzeugen. Die Vorrichtung hier in der Beschreibung beschrieben, ist dagegen deutlich effektiver, weil kein Streulichteffekt erzeugt wird und die UV-Strahlen weitgehend in dem Hohlzylinder bleiben, sodass diese nicht ein paar, sondern mehrere dutzende oder gar hunderte Male hin und her reflektiert werden können. Auch ist hier bei der Erfindung die Luftströmung sehr direkt, ohne Umwege in einem halb-geschlossenem Kammer.
Die Erfindung schützt zuverlässig auch von jetzt noch unbekannte Virenarten. Das tolle daran ist, das weder Viren noch Bakterien können sich dagegen wehren oder eine Resistenz dagegen bilden. Die Strahlung zerstört die Viren, indem diese chemische, biologische und mechanische bzw. physische Schäden davon tragen. Es werden dabei molekulare Strukturen und Bindungen zerstört oder verändert, sodass die Viren oder Bakterien nichts mehr anrichten können. Es reicht in der RNA oder DNA-Kette ein paar Bereiche zu zerstören, um diese trotz interner Gen-Reparatur-Programme unbrauchbar zu machen. Es gibt zwar Bakterien, die eine etwas gegen UV-Licht resistente Hülle haben, aber auch diese ist mit dementsprechender UV-Strahlenleistung überwindbar.
Der Luftsterilisator kann auch mit moderne Mikroprozessor- und Steuerungstechnik ausgestattet werden. Ein kleiner CPU kann die Leistung anhand der Strömungssensor-Daten automatisch regeln und auch die Daten über Drahtleitung oder einer eingebauten Funkschnittstelle oder Funkmoduls an eine zentrale Recheneinheit oder auf einem Smartphone, Tablett, PC oder Laptop zusenden.
Die Hohlzylinder-Wand dient auch als Kühlkörper für die Laserstrahlenquelle und der wird durch die Luftströmung des Lüfters gekühlt. Fehlt die Luftströmung, kann zu einer Überhitzung kommen. Das würde die Laserdiode zerstören, was in dem Fall nicht erwünscht ist. Bei der Variante mit dynamischer Steuerung der Laserstrahlenintensität, abhängig von der Luftströmungsgeschwindigkeit, wird die Laserleistung der Laserdiode automatisch erhöht, wenn die Luftströmungsgeschwindigkeit steigt und das Gegenteil, wenn die Luftmassen langsamer bewegt werden. Fehlt die Luftströmung, wird die Laserdiode automatisch komplett ausgeschaltet. Die Regelung der Leistung kann zwar linear bzw. proportional sein, allerdings für eine zuverlässige Viren-Inaktivierung ist die Kennlinie nicht gerade. Zudem hängt sie auch von den Virenart, die inaktiviert werden sollte. Mit Inaktivierung ist hier nicht die totale Destruktion der Viren gemeint, sondern lediglich eine Änderung der Virenhülle oder ein kleiner Eingriff in deren genetischen Informations-Strang oder Struktur / DNA / RNA, sodass diese Viren nach der Laserstrahlbehandlung nicht mehr eine Infektion hervorrufen können, sondern lediglich durch das Immunsystem erfasst werden und eine Immunsystem-Antwort hergeleitet wird. Praktisch gesehen, wenn gesunde Menschen die Luft in einem mit Viren verseuchten Raum aus diesem Luftsterilisator einatmen, zwar mit geringe Wahrscheinlichkeit, aber im Idealfall können sie eine Art Impfstoff einatmen. Der wäre zwar in eine sehr geringe Konzentration vorhanden (mehr oder weniger, abhängig von der Virenkonzentration, bzw. virenhaltige Aerosolen in die Luft aus erkrankten Menschen), aber immerhin, im Idealfall könnte was bewirken, natürlich falls der in den Raum aufhaltende nicht schon vorher durch die Viren in die Luft sich infiziert hat. Diese Eigenschaft ist allerdings nur ein positiver Nebeneffekt und nicht der Hauptzweck der Erfindung. Die Laserleistung, die dafür notwendig ist, soll genauer durch empirische Werte, die ein Labor liefern könnte, kalibriert werden.
Der Luftsterilisator kann auch zusätzlich mit Annäherungs-Sensoren (IR- oder Präsenzsensoren) 31 ausgestattet werden, durch die er automatisch aktivierbar ist, sobald jemand sich im Raum befindet. Auch ein Display und eine Computer-Schnittstelle (Kabel oder über Funkmodul) 32, kann eingebaut werden.
Um die UV-Laserstrahlen noch stärker abzuschirmen, kann anstatt des Hohlzylinder-Spiegels ein gebogenes Rohr 34 verwendet werden. Das Rohr weist mindestens zwei gebogene Stellen 35 oder Umleitungs-Wände / Schutz-Wände 36 an dessen Enden 37 auf, die etwas Schräg eingebaut sind, die das Austreten der UV-Laserstrahlen verhindern sollen wie in der 14 (a, b, c) dargestellt worden ist. Die Innenwand des Rohrs ist nur im Mittelbereich 38 klar verspiegelt. Die Rohr-Enden 37 weisen UV-Laserstrahlen-Absorber-Schichten 39 auf. Die Luftströmung wird hier zwar geringfügig umgelenkt, aber die Laserstrahlen bleiben komplett in dem Rohr drin. Das Rohr kann auch an beiden Enden mit je einen Schließ-Wand 40 geschlossen sein und je eine Öffnung 41 in die Rohr-Wand 42 aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Luftsterilisator
2: Laserstrahlenquelle Laserdioden
3: Hohlzylinder / Reflektor
4: Klar-Spiegel-Innenwand
5: UV-Laserdiode
6: UV-Laserstrahlen
7: Luftströmungsrichtungs-Achse Luftströmungsachse
8: Laserstrahlen-Firewall / Vorhang
9: Hohlzylinder-Öffnung
10: Laser-Linie
11: Licht-Fenster
12: radialer Ebene
13: Rändern
14: Rand-Spiegel-Wölbung Wölbungen oder Krümmungen
15: Absorber-Ringe
16: Ventilator / Lüfter
17: Hohlzylinder-Längsachse
18: Außenwand des Hohlzylinders
19: Ring-Lamellen / ringförmige Blenden
20: Luftfilter
21: IR-Laserdioden
22: Elektronische Steuerung
23: Puls-Laserdioden
24: Spezielle Steuerung
25: Strömungsgeschwindigkeits- / Sensor-System
26: UV-Laserdioden-Leistungsregler
27: Automatische Steuerung
28: Glaslinse (Ring-Linse)
29: Im Querschnitt U-förmiger Lichtleiter
30: Beide Enden des U-Lichtleiters
31: Annäherungs-Sensoren / IR- oder Präsenzsensoren
32: Computer-Schnittstelle / Funkmodul
33: Lüfter-Drehzahl-Sensor
34: Rohr mit Innen-Spiegelwand
35: Gebogene Stellen
36: Umleitungs-Wände
37: Rohr-Enden
38: Rohr-Mittelbereich
39: UV-Laserstrahlen-Absorber-Schichten
40: Schließ-Wand
41: Öffnung in die Rohr-Wand
42: Rohr-Wand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0285459 A1 [0004, 0014, 0035]
CN 102187441 A [0005]
US 2007/0113842 A1 [0006]
DE 202010001958 U1 [0007]
WO 96/38212 A2 [0008]
EP 3378501 B1 [0009]
CN 108413542 A [0010]
US 6497840 B1 [0011]
US 5833740 A [0012]
US 5742063 A [0013]

Claims

Luftsterilisator, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mindestens - einem Hohlzylinder, der innen klar verspiegelt ist oder eine klare Spiegel-Wand aufweist, der an beiden Enden offen ist, der länger als sein Durchmesser ist, - einem Ventilator oder Propeller oder Gebläse, der /das in dem Hohlzylinder eingebaut ist oder an einem Ende mit dem Hohlzylinder gekoppelt ist und eine Luftströmung in die Längsachse des Hohlzylinders erzeugen kann, - einer Laserstrahlen-Quelle, die außen mit der Hohlzylinder-Wand gekoppelt ist, die radial oder auf radialer Ebene in dem Hohlzylinder durch ein in die Hohlzylinder-Wand eingebautes Lichtfenster oder kleinen Öffnung, ihre Laserstrahlen quer zu Luftströmungs-Richtungs-Achse emittiert, die eine Laserstrahlen-Linie auf die gegenüber liegende, spiegelnde Hohlzylinder-Innenwand projiziert, wobei die Laserstrahlen mehrmals hin und her zwischen den Spiegelwänden in dem Hohlzylinder reflektiert werden und dadurch eine Laserstrahlen-Wand generieren, die die Krankheisterreger oder Viren in die Luft, während die Luft indem Hohlzylinder strömt, bestrahlt, - einer Steuerung, die mit der Laserdiode und Stromversorgung gekoppelt ist, - zwei Ringen, die jeweils an den Enden des Hohlzylinders eingebaut sind, die Laserstrahl-Absorber-Eigenschaften aufweisen, besteht.
Luftsterilisator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen-Quelle eine Laserdiode ist.
Luftsterilisator nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahle-Quelle oder die Laserdiode, Laserstrahlen mit einer Wellenlänge, die im UV-Bereich oder im sichtbaren Spektrum oder im Infrarot-Bereich sich befindet, emittiert.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit eine Laserstrahlen-Abschirmung oder eine Lamellen- oder Ring-Lamellen-Konstruktion, die die Laserstrahlen außerhalb des Hohlzylinders blockiert oder absorbiert, die die Luftströmung nicht signifikant behindert, ausgestattet ist.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er statt des Hohlzylinders einen Rohr aufweist, das im Querschnitt rund oval oder eckig oder in einer anderen Form gebaut ist, das mit Innen-Spiegel-Wand ausgestattet ist, wobei die Laserstrahlen mehrmals zwischen den Innen-Spiegel-Wänden hin- und her reflektiert werden und dort im Innenbereich des Rohrs eine Laserstrahlen-Wand bilden.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Drehzahl-Mess-Sensor oder mit einem Luftströmungs-Mess-Sensor-System, das die Strömungsgeschwindigkeit der Luftmassen durch den Holzylinder oder durch das Rohr in Echtzeit ermitteln kann, das mit der Steuerung der Laserstrahlen-Quelle verbunden ist und dadurch die Laserstrahlen-Intensität abhängig von der Luftströmungsgeschwindigkeit in Echtzeit automatisch regelt, ausgestattet ist.
Luftsterilisator nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass er mit Hardware und Software ausgestattet ist, die eine präzise Korrelation zwischen Luftströmungs-Geschwindigkeit und der Laserstrahlen-Intensität der Laserdiode erstellt, die eine Inaktivierung der Viren ermöglicht, aber keine vollständige Viren-Zerstörung bewirkt.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der Laserstrahlen zwischen 100 und 400 Nanometer oder genau 222 Nanometer beträgt.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelwand mit einer schmutzabweisenden Beschichtung, die die Laserstrahlen nicht oder nur wenig absorbiert, ausgestattet ist.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er anstatt einer Spiegel-Innenwand Retroreflektoren oder Retroreflexionselemente aufweist, die für totale Reflexion der Laserstrahlen geeignet sind, bei der auf einer Seite die Laserstrahlen eindringen und diese dann aufgrund des totalen Reflexions-Effekts auf der anderen Seite innerhalb des Hohlzylinders oder des Rohrs wieder austreten, um Laserstrahlen-Wand zu bilden, die auf einer planparallelen Ebene, quer zu Luft-Strömungsrichtung angeordnet und innerhalb des Hohlzylinders oder des Rohrs in seinen Innenraum liegt.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen-Quelle eine Puls-Laserdiode ist oder mit einer Steuerung, die sie im Impulsbetrieb mit hoher Repetitionsrate versetzt, gekoppelt ist.
Luftsterilisator nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Repetitionsrate und Pulsbreite der Laserimpulse durch eine elektronische Steuerung regelbar sind oder durch einen elektronischen Regler einstellbar sind.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Funkschnittstelle und dazugehörigen Hardware, über die sie mit einem PC kommunizieren kann, ausgestattet ist.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Fahrzeug beliebiger Art eingebaut ist oder Bestandteil eines Fahrzeug-Belüftungs-Systems oder einer Klima-Anlage ist oder mit einem Standfuß, wodurch er auf einem Tisch oder am Boden aufgestellt werden kann, wobei die Blas-Richtung und die Luftströmungs-Intensität durch einen eingebaute Steuerung einstellbar ist, ausgestattet ist.
Luftsterilisator nach einem der Patentansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen-Intensität-Regelung in dem Hohlzylinder oder in das Rohr durch das Strömungs-Sensor-Mess-System, so eingestellt ist, dass unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der Luftmassen durch den Luftsterilisator, kontinuierlich und lediglich eine präzise Viren-Inaktivierung, der in den Luftmassen oder Aerosolen befindlichen Viren, die die Laserstrahlen-Wand in dem Luftsterilisator passieren, erfolgt.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem Annäherungs- oder Präsenzsensor oder IR-Sensor, der die Präsenz von Menschen in den Raum, wo der Luftsterilisator sich befindet, für eine automatische Aktivierung der Luftsterilisator-Komponenten ermitteln kann, ausgestattet ist.
Luftsterilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt des Hohlzylinders ein Rohr, das zumindest an dessen Enden mehr oder weniger gebogen ist, oder schräge Schutz-Blenden eingebaut sind, oder das Rohr an beiden Enden verschlossen ist, wobei zwei Öffnungen in das Rohr-Wand an den Rohr-Enden eingebaut sind, die die Luftströmung etwas umlenken, aber die ein Austreten der Laserstrahlen verhindern.