Lufttransport-und/oder Aufbereitungsanlagen mit katalytisch beschichteten Oberflächen luftberührender Flächen Es besteht vielfach der Wunsch, in Belüftungsanlagen von Gebäuden, Fahrzeugen, Klimageräten und Kraftfahrzeugen als auch in kompakten Luftaufbereitungs-und Luftkonditionierungsanlagen die Luft nicht nur von Stäuben und Partikeln zu befreien, sondern auch von Gerüchen und vor allem von Keimen (Bakterien und Pilzen) zu befreien. Die (im Betrieb feuchte) Oberfläche des Verdampfers als auch eingesetzte Filter in Fahrzeugen mit Klimaanlagen sind Nährboden für Keime und Pilze aller Art.

Die vom Luftstrom abgerissenen und in die Kabine bzw. in Räume getragenen Bakte- rien, Pilze und Keime sowie die Stoffwechselprodukte der Bakterien, Pilze und Keime sondern einen üblen Geruch ab und sind gesundheitlich bedenklich.

In DE 195 43 296 ; DE 196 46 269 ; DE 196 51 403 ; DE 199 02 304 ; DE 199 19 623 ; DE 199 31 366 ; DE 199 33 180 ; DE 100 14 485 ; DE 100 13 841 ; DE 100 04 326 ; DE 100 58 476 ; PCT/DE 00/02164 ; PCT/EP 01/00672 ; DE 101 03 905, DE 101 180 78 sind verschiedene Methoden vorgeschlagen worden, um diesen Problemen unter Einsatz von lonisations-und Ozonisierungsapparaten abzuhelfen.

In der DE 199 31 366 ist z. B. eine flache Baugruppe mit planarem Aufbau vorge- schlagen worden, die vorteilhaft und langzeitstabil Ozon und Sauerstoffionen nach dem physikalischen Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung nach Anlegen einer elektrischen Hochfrequenz-Hochspannung erzeugt.

In der DE 100 13 841 ist z. B. ein Verfahren angegeben, die Ozon und lonenprodukti- on mit Hilfe einer elektrischen Regelschaltung konstant zu halten. Weil die Ozon-und lonenproduktion verschiedensten Einflüssen unterliegt und auch weil bei Langzeitbe- trieb sich die elektrischen und mechanischen Werte der zur Ozon-und lonen-

produktion eingesetzten Baugruppen verändern. Das wirkt sich vorteilhaft auf die Ozon-und lonenproduktion auf, so dass ohne Einsatz dieser Erfindung keine kon- stanten Bedingungen erreicht werden, was bei der bekannten Toxizität von Ozon bedenklich ist.

Aus der DE 100 58 476.4 ist bekannt, die Produktionsmenge von Ozon-und Sau- erstoffionen als Funktion der Luftmenge zu begreifen und mit Signalen des die Venti- latoren steuernden zentralen Lüftungssteuergeräts so auf den Ozon-und lonener- zeuger einzuwirken, dass auch bei unterschiedlichen Luftmengen eine konstante Konzentration an Ozon und lonen entsteht. Dies ist die Voraussetzung für eine kon- trollierte und sichere Funktion der Geräte, weil bei zu geringer Konzentration keine wesentliche Wirkung mehr besteht und weil bei zu hoher Ozonkonzentration negative Effekte auf das beteiligte Material erfolgen, ohne dass die lufttechnische Wirkung größer wird.

In der DE 196 51 403.7 ist vorgeschlagen, einen Ozon-und lonenerzeuger in Strö- mungsrichtung vor dem Verdampfer in Klimaanlagen von z. B. Kraftfahrzeugen, Ge- bäuden oder kompakten Klimatisierungsanlagen eine Ozon-und lonenquelle anzu- ordnen und den feuchten Verdampfer mit Ozon-und Luftionen zu umströmen. Vor allem Ozon löst sich im Wasser auf der Oberfläche des Verdampfers und bildet Hyd- roradikale, die extrem bakterizid und fungizid wirken und erprobt und sicher jegliche biologische Aktivität auf der Oberfläche des Verdampfers unterbinden. In Strömungs- richtung nach dem Verdampfer wird ein Katalysator vorgeschlagen, der überschüssi- gen Ozon zu normalem zweiatomigem Sauerstoff abbaut. Diese Erfindung ist vorteil- haft zum sicheren, sterilem Betrieb von Klimaanlagen aller Art, insbesondere von solchen in Kraftfahrzeugen.

Ergänzend wurde in DE 199 33 180.4 vorgeschlagen, die Ozon-und lonenquelle vor dem Lufteinlass und vor dem Luftfilter anzuordnen. Dieser Luftfilter ist so ausgerüs- tet, dass überschüssiges Ozon katalytisch abgebaut wird.

In der DE 101 03 905.0 wird vorgeschlagen, in einem Wäschetrockner die Luft mit Ozon und Sauerstoffionen anzureichen mit dem Ergebnis, dass Keime und ge- ruchstragende Substanzen in der (feuchten) Wäsche abgetötet werden. Der komple- xe Wirkungsmechanismus und insbesondere die Wirkung von in Wasser gelöstem Ozon (Hydroradikale werden gebildet) ist näher beschrieben worden. Das Verständ- nis dieser Vorgänge ist von Bedeutung, weil Wasser sich auf allen Oberflächen und in allen Materialien befindet und dieses Wasser mit zugeführtem Ozon Hydroradikale bildet, welche extrem wirksam gegen Bakterien, Viren und Pilzen als auch Gerüchen sind. Insofern ist die Lehre der genannten Erfindung auch ganz allgemein bei Luft- aufbereitungsanlagen vorteilhaft einsetzbar, weil die Oxidationskraft und damit die Bakterizidität des in Hydroradikalen abgespalteten einatomigen Sauerstoffes (O1) sehr viel höher ist als die Oxidationskraft des Ozon 03.

In den vorgenannten Patentanmeldungen wird die Wirkung vor allem auf die oxidati- ve chemische Wirkung des dreiatomigen und einatomigen Ozon abgestellt. Die vor- geschlagenen Problemlösungen machen die Handhabung von Ozonisierungseinrich- tungen sicherer und berechenbarer. Aufgrund der Notwendigkeit, die Ozonkonzen- tration in der ausgeblasenen Luft auf einen von der amerikanischen Umweltbehörte (US-EPA/Environment Protection Agency) und der DIN/EN-Norm EN 60335-2-65 ; (1995) zwingend geforderten Wert sicher so zu begrenzen, dass niemals in den so belüfteten Räumen ein Ozon-Pegel von mehr als 50ppb entstehen kann, beschäftigt sich die hier vorgestellte Patentanmeldung mit der nützlichen Wirkung ionisierter Luft- ionen und der technischen und sicheren Anwendung aktiver Sauerstoffionen unter Einhaltung der geforderten Grenzwerte.

Es ist bekannt, Luft mit Hilfe hoher elektrischer Spannungen zu ionisieren. Prinzipiell entsteht dabei Ozon, wenn es zu energiereichen Entladungen im Raum kommt (Stoßionisation). Die lonisation erfolgt zumeist mit der Methode der Koronarentla- dung (Spitzenentladung). Dabei ragen feine Spitzen in den Luftraum, die an eine Hochspannungsquelle angeschlossen sind. Diese Spitzen können auch zu Bündeln zusammengefasst werden, die feinen Pinseln ähneln. Als Materialien sind Metallna- del, Metallfäden, und neuerdings auch elektrisch leitfähige Kunststoffe bekannt. Vor

allem luftgetragene Partikel aller Art werden bevorzugt ionisiert und tragen insofern eine negative elektrische Ladung. Diese elektrische Ladung veranlasst die ionisierten Partikel sich auf Oberflächen (Abscheide-Elektrode) abzulagern um dort das über- schüssige Elektron abzugeben. Vom Ergebnis her kommt es zu einer Befreiung der Luft von Partikeln und Keimen, was in sogenannten elektrostatischen Luftaufberei- tungsgeräten und Entstaubungsanlagen seit Jahrzehnten industriell ausgenutzt wird.

Bei Apparaten nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung, wie zum Beispiel bei der seit 1857 (Analen der Physik) bekannten Siemensröhre oder bei dem in DE 199 31 366 beschriebenen Flachmodul, entstehen sowohl lonen als auch O- zon. Die chemische Reaktivität von Ozon ist höher als die chemische Reaktivität von Sauerstoffionen. Die Nützlichkeit luftgetragener Sauerstoffionen ist in zahlreichen Arbeiten beschrieben worden und ein Prinzip der Natur zur Reinigung der Luft von Partikeln als auch zur Sterilisierung von Luft und von Oberflächen.

Da in der Natur unter Einwirkung von ionisierendem ultravioletten Sonnenlicht stets sowohl ein-und dreiatomiges Ozon als auch zweiatomige Sauerstoffionen entstehen, liegt es nahe, dieses hochwirksame und nützliche Prinzip der Natur technisch zur Aufbereitung von Luft auszunutzen.

In jedem Fall muss das dem zu behandelnden Luftstrom zugemischte Ozon vernich- tet werden, bevor er Atemluft erreicht. Dies erfolgt dem Stand der Technik nach durch Aktivkohle-Filter. Es ist bekannt, Filter mit chemischen Beimengungen zu ver- sehen, welche chemisch mit Gasen reagieren, welche in der Luft enthalten sind. Et- wa kann Natriumbicarbonat saure Luftbestandteile wie etwa Schwefeldioxid che- misch binden.

Die hier vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, den Wirkungsgrad des katalytisch wirksamen Filtersystems zu verbessern.

Der grundsätzliche Wirkungsmechanismus/Chemismus für Luftaufbereitungsgeräte mit Ozon funktioniert in mehreren Phasen. Reaktionen des Ozons mit anderen Sub-

stanzen in der Gasphase erfolgen aufgrund der geringen Konzentration nicht oder kaum.

Oxidierbare Substanzen (etwa Chia) adsorbieren an Oberflächen, reichern sich zu reaktionsfähigen Konzentrationen an und reagieren dort mit aktivem Sauerstoff prin- zipiell im Idealfall zu 8 (C02) und 8 (H20). Die Reaktion erfolgt insbesondere auf der Oberfläche des in Strömungsrichtung nach der Ozonisierung angeordneten Sorbti- onskatalysators, welcher zumeist ein Aktivkohle-Filter ist.

Aktiver Sauerstoff und Ozon lösen sich im im Sorbtionskatalysator/Filter eingespei- chertem Wasser und bilden Wasserstoffperoxid H202 und Sauerstoffradikale. Sauer- stoffradikale reagieren heftig mit oxidierbaren Substanzen und sind extrem bakterizid und fungizid (Konzentrationen von 1-5ppm im Wasser gelöster aktiver Sauerstoff reicht aus). Die Halbwertzeit von im Sorbtionskatalysator eingespeicherten Sauer- stoffradikalen kann bis zu einigen Tagen betragen. Verkeimung des A-Kohlefilters wird sicher verhindert und luftgetragene Bakterien und Keime werden vernichtet.

Denn der chemische Oxidationsprozess wird auch nach Beendigung der Ozon- Zuführung fortgesetzt.

Sowohl eingespeicherte oxidierbare Gase oder Dämpfe als auch adsorbierte Bakteri- en und Pilze werden abgebaut bzw. finden kein Milieu zur Verbreitung. Die in der A- Kohle (Sorbtionskatalysator) eingespeicherte Feuchte spielt eine große, bisher wenig beachtete Rolle. In Rohrleitungen und Luftkanälen kommt es zu vergleichbaren Sorb- tions-und damit Agglomerationseffekten auf den Oberflächen. Es kommt zu lokal sehr hohen Konzentrationen beider Fraktionen, was eine chemische Reaktion zwi- schen aktiven Sauerstoff-lonen und oxidierbaren Gasen oder Dämpfen ermöglicht.

(VOC = volatile organic compounds) Es ist bekannt, dass aktive Sauerstoff-lonen gemeinsam mit der im Filter bzw. auf Oberflächen vorhandenen Feuchte (das sind auf der gesamten Oberfläche der A- Kohle jeweils einige Molekül-Lagen) Hydroradikale bildet. Über Zwischenschritte ent-

steht das hochradikale einatomige Sauerstoff-lonen, dessen Reaktivität noch einmal um den Faktor 1000 größer ist das dreiatomige Sauerstoff-Ionen.

Dieser Reaktionsmechanismus spielt sich auf der Oberfläche des Katalysators bzw. den Oberflächen der Luftkanäle ab und ist der Grund, dass mit relativ viel geringeren Konzentrationen aktiver Sauerstoffionen gearbeitet werden kann, als es rein stöchi- ometrisch Betrachtungsweisen nahe legen. Ein Teil des Ozon löst sich im Wasser, welches praktisch überall auf allen Oberflächen enthalten ist, etwa in Aktiv-Kohle- Luftfiltern (max. 4, 94m1 (entspricht ca. 10mg) Ozon löst sich in 1000m1 Wasser).

Dabei bilden sich hochreaktive Hydroradikale (OH) oder Hydroperoxiradikale (02H) : 1. Stufe 03 O (1 D) +02 2. Stufe 0 (1D) + H20 OH+OH 3. Stufe OH +03 H2= +02 Bei der nachfolgenden Oxidation werden in mehrstufigen Reaktionen unter Bildung sogenannter Peroxyradikale 02R (R = organischer Rest) organische Verbindungen immer weiter oxidiert, Bakterien und Viren werden vernichtet bzw. biologisch passi- viert/denaturiert.

Vorteilhaft werden am Sorbtionskatalysator angelagerte Keime, Eiweißreste und ge- ruchstragende chemische Substanzen (organische Substanzen) oxidativ vernichtet oder denaturiert. Der Sorbtionskatalysator bleibt dauerhaft hygienisch und olfakto- risch einwandfrei.

Die vorgenannten Effekte verstärken sich nachhaltig, wenn zusätzlich oder ergän- zend oder alternativ zur Aktivkohle katalytisch wirksame Substanzen verwendet wer- den. Grundsätzlich können katalytisch wirksame Substanzen mit der Aktivkohle ver- mischt werden und können gemeinsam als Filtermaterial eingesetzt werden. Es ist ebenfalls möglich, an der Anströmseite des Aktivkohlefilters katalytisch wirksamen

Materials als Schicht aufzubringen. Zuletzt ist es möglich, an der Abströmseite des Aktivkohlefilters eine Schicht des katalytisch wirksamen Materials aufzubringen.

Als katalytisch wirksames Material kommen erfindungsgemäß alle Übergangsmetalle und deren Verbindungen in Frage.

Als katalytisch wirksame Substanz sind weiterhin erprobt : Silber, Platin, Palladium, Vanadium, Wolfram Auch Salze oder Oxide oder Verbindungen dieser Substanzen sind als katalytisch wirksam getestet, etwa Palladiumchlorid, Wolframtrioxid, Vanadiumtitanat.

Nicht edle Metalle sind ebenfalls katalytisch wirksam, wenn chemische Energie in Form von z. B. Ozon zugeführt wird und die Reaktionen unterstützt : Eisen, Nickel, Kupfer, Zinn und Zink, sowie deren chemische Verbindungen, insbesondere deren Oxide.

Titan und Titandioxid haben katalytisch gute Eigenschaften.

In einer beispielhaften Ausformung des erfindungsgemäßen Gedankens wird Titan- dioxid (Ti02) auf einem geeigneten Träger als gasdurchlässige Beschichtung auf der Abströmseite eines Aktivkohlefilters aufgebracht. Die katalytische Aktivität des Titan- dioxids wird durch die chemische Energie angeregt, welche Ozon und Luftionen in- newohnen. Oxidierbares Material wie geruchstragende Gase oder Dämpfe als auch organisches Material wie Bakterien und Viren werden auf der Oberfläche des Kataly- sators vorteilhaft vernichtet. Gase wie Stickoxide, Schwefeldioxid, Phosposdioxid und andere reduzierbaren Gase werden katalytisch reduziert. Der Ozongehalt der Luft wird auf ein unschädliches Minimum vermindert. Da das im Beispiel genutzte Titan- dioxid als Katalysator arbeitet und nicht am chemischen Prozess selbst beteiligt ist, kommt es zu keinem die Lebensdauer des Sorbtionskatalysators verkürzenden Ver- schleiß. Die abströmende Luft behält vielmehr dauerhaft ihren neutralen Charakter.

Figur 1 zeigt beispielhaft eine typische Luftaufbereitungsanlage, wie sie in Fahrzeu- gen, in kompakten Luftaufbereitungsgeräten als auch in Gebäudeklimaanlagen zum

Einsatz kommt. Dabei ist ein Vorfilter 1 dargestellt, welches Stäube und Partikel zu- rückhält. Im Funktionszusammenhang dieser Erfindung spielt der Partikelfilter keine Rolle. Weiterhin ist ein luftförderndes Gebläse 2 dargestellt, welches selbstverständ- lich an anderer Stelle innerhalb der Funktionsreihe angeordnet sein kann. Der Ozon- und lonenerzeuger 3, welcher die Luft mit einer bestimmten Menge von Ozon anrei- chert, ist ebenfalls dargestellt. Typisch für Anwendungen im Bereich der Luftaufberei- tung sind Konzentrationen zwischen 50-200Xug/m3. Zudem ist ein Aktivkohlefilter 4 dargestellt, welches hier auch als Ozonvernichter und als einfacher Katalysator dient und aus diesem Grunde"Sorbtionskatalysator"genannt wird.

Figur 2 stellt einen prinzipiell identischen Aufbau dar, ergänzt jedoch um den Kataly- sator 5. Der Katalysator 5 besteht in einer Ausformung der Erfindung aus katalytisch wirksamem Material, etwa aus Titandioxid (Ti02). Der Katalysator kann auf einer ei- genen, luftdurchlässigen Trägerschicht aufgebracht sein und als separates Bauteil hinter dem Aktivkohle-Sorbtionskatalysator 4 angebracht sein. Der Katalysator 5 kann auch haftend auf der Abströmseite des Sorbtionskatalysators 4 aufgebracht sein. Der Katalysator 5 kann-im Bild nicht gezeigt-als Gemenge der Aktivkohle im Aktivkohle-Sorbtionskatalysator 4 enthalten sein. Der Katalysator 5 kann-im Bild nicht gezeigt-haftend auf der Anströmseite des Aktivkohle-Sorbtionskatalysators 4 aufgebracht sein oder als eigenes Bauteil auf einer luftdurchlässigen Trägerschicht vor dem Aktiv-Sorbtionskatalysator angeordnet sein.

In Kraftfahrzeugen befinden sich oft sogenannte Kombinationsfilter, welche sowohl als Partikelfilter Stäube und Partikel zurückhalten als auch als Aktivkohlefilter unan- genehme Gerüche-etwa Auspuffgase-zurückhalten. Auch ohne technische Ozon- quelle findet sich beim Einsatz dieser Filter bei bestimmten Wetterlagen ein natürli- cher Wirkungsmechanismus, ähnlich dem, wie er vorstehend beschrieben wurde.

Dies, weil die natürlicher Ozon oder eine hohe lonenzahl in der Außenluft gelegen- lich in mehr oder weniger hohen, stark schwankenden und regional unterschiedlichen Konzentrationen enthalten ist. Im Falle gelegentlich auftretender höherer Ozonkon- zentrationen wirken die Aktivkohlefilter tatsächlich als Sorbtionskatalysatoren und

bauen luftgetragenen Ozon ab, was der Gesundheit der Fahrzeuginsassen zugute kommt, denn Ozon ist ein Atemgift.

Erfindungsgemäß wird ergänzend vorgeschlagen, in Automobilen zum Einsatz kom- menden Luftfiltern diese mit Katalysatoren im Sinne dieser Erfindung zu kombinieren.

Dies mit dem Ziel, den Abbau von natürlichem Ozon zu maximieren und um die in Zusammenwirken mit Ozon und Luftinhaltstoffen stattfindenden, nützlichen Prozesse zu maximieren und um die Standzeit der Filter zu optimieren.

Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, Aktivkohlefilter für Luftaufbereitungs- aufgaben aller Art mit katalytisch wirksamen Substanzen im Sinne der hier vorgestell- ten Erfindung zu versehen, um den Wirkungsgrad der Filter gegenüber oxidierbaren Luftbestandteilen über die reine Absorbtion der A-Kohle hinaus zu verbessern und um Sauerstoffradikale in der Atemluft zuverlässig zu vernichten.

In einer Ausführung der Erfindung wird ein katalytisch wirksames Material, zum Bei- spiel Titandioxid, auf der Oberfläche von Verdampfern in Klimaanlagen aufgebracht, welche sich zum Beispiel in Gebäuden, in Kompaktgeräten oder in Automobilen be- finden können. Dem Luftstrom, welcher zu den Verdampfern geleitet wird, wird Ozon in geringer Menge zugesetzt. Kommt Ozon mit dem Katalysator in Berührung, setzen verstärkt die chemische Reaktionen ein, welche vorstehend beschrieben wurden.

Damit ist es möglich, die bekannt gefährliche und unangenehme Verkeimung des Verdampfers mithilfe von Begasung mit Ozon und aktiven Sauerstoffionen in sehr geringer Konzentration wirkungsvoll zu unterbinden. Der in der zugeführten Luft ent- haltene Ozon wird auf der Oberfläche des begasten Verdampfers abgebaut und da- mit der Luft entzogen. Der Verdampfer selbst arbeitet hier in der Funktion des vor- stehend beschriebenen Sorbtionskatalysators.

Als Sorbtionskatalysatoren mit besonders geringem Strömungswiderstand sind in DE 100 04 326 technische Einrichtungen beschrieben worden, welche großflächige und mit Aktivkohle beschichtete Platten aufweisen, welche parallel zur Strömung ausgerichtet sind. An der mit Hilfe der Aktivkohle massiv vergrößerten Oberfläche

adsorbieren Luftinhaltstoffe und Bakterien, als auch Ozon. Aufgrund vorstehend be- schriebenen Reaktionsmechanismen kommt es einerseits zum Ozonabbau und zur Vernichtung von VOC und Bakterien, Viren und Pilzen sowie deren Sporen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, der Aktivkohlebeschichtung mindestens eines der vorstehend beschriebenen katalytisch wirksamen Materialien hinzuzufügen. Vom Ergebnis her wird vorteilhaft erreicht, dass der Wirkungsgrad für den Abbau von 0- zon als auch für die oxidative Vernichtung von VOC, Bakterien und Viren erheblich gesteigert wird.

Femer wird vorgeschlagen, Klimakanäle von innen mit zum Beispiel Titandioxid zu beschichten, weil die Oberflächen von Klimakanälen Luftinhaltstoffe adsorbieren.

Wenn gleichzeitig geringe Mengen von Luftionen und/oder von Ozon in die Klimaka- näle eingebracht werden, werden diese ebenfalls an den Oberflächen adsorbieren.

Die vorbeschriebenen chemischen Reaktion setzen ein und werden katalytisch ver- stärkt mit dem Ergebnis, dass die transportierte Luft frei wird von Ozon, von oxidier- baren Gasen und Dämpfen und von Bakterien, Viren, Pilzen und deren Sporen. Da- mit wäre ein wichtiger Beitrag gegen das sogenannte"Sick-building-Syndrom"geleis- tet.

Die Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die vorgenannten Beispiele sondern wird überall dort eingesetzt, wo in Zusammenwirken von Luft, Ozon, Luftionen sowie Luft- inhaltstoffen wie Gasen, Dämpfen, Bakterien, Viren, Pilzen, Sporen der Wirkungs- grad der im Prinzip vorbeschriebenen Reaktionsmechanismen zu verbessern ist.