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Dokumentenidentifikation DE60029249T2 31.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001251884
Titel LUFTFILTEREINRICHTUNG
Anmelder The Procter & Gamble Company, Cincinnati, Ohio, US
Erfinder KVIETOK, Andrej, Frank, Cincinnati, OH 45208, US;
LIU, Zaiyou, West Chester, OH 45069, US;
PALJIEG, Steve, Mason, OH 45040, US;
REDMON, Sonia, Cincinnati, OH 45215, US;
SPADINI, Alessandro, Cincinnati, OH 45215, US
Vertreter TER MEER STEINMEISTER & Partner GbR Patentanwälte, 81679 München
DE-Aktenzeichen 60029249
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 18.05.2000
EP-Aktenzeichen 009307893
WO-Anmeldetag 18.05.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/US00/13531
WO-Veröffentlichungsnummer 2001056620
WO-Veröffentlichungsdatum 09.08.2001
EP-Offenlegungsdatum 30.10.2002
EP date of grant 05.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse A61L 9/014(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse A61L 9/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Luftfiltervorrichtungen zur Entfernung von schlechten Gerüchen und Ethylen aus der Luft. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise hilfreich für das Aufbewahren und Konservieren von Lebensmitteln in geschlossenen Räumen wie Kühlschränken.

HINTERGRUND

Kühlschränke sind heutzutage in nahezu jedem Haushalt ein übliches Gerät und werden typischerweise für die Aufbewahrung und Konservierung bzw. Frischhaltung von Lebensmitteln, insbesondere von frischen Lebensmitteln wie Obst, Gemüse, Milchprodukten und Ähnlichem verwendet. Die Lebensmittel sollen so lange wie möglich in dem Kühlschrank frisch gehalten werden.

Ein bekanntes Problem besteht darin, dass viele Lebensmittel dazu neigen, schlechten Geruch an die Luft abzugeben, der dann in dem begrenzten Luftraum in einem Kühlschrank gehalten wird. Dieser schlechte Geruch ist nicht nur unangenehm und störend für den Benutzer des Kühlschranks, sondern er kann auch negative Auswirkungen auf die Qualität anderer Lebensmittel in dem Kühlschrank haben. Es ist beispielsweise bekannt, dass einige Lebensmittel einen starken Geruch absondern (z.B. Fisch, gekochte Eier, Zwiebeln) und dass sich dieser Geruch auf andere in der Nähe befindliche Lebensmittel übertragen kann und den Geschmack und die Frische dieser Lebensmittel beeinträchtigt. Ein bekanntes Beispiel ist die Übertragung von Gerüchen in einen geöffneten Behälter mit Orangensaft oder Milch, die zu einer merklichen Verschlechterung des Geschmacks führt. Es ist auch bekannt, dass sich schlechte Gerüche von einigen Gemüsesorten (Zwiebeln, Knoblauch) auf andere Lebensmittel übertragen können, die in einem Gemüsefach gelagert werden. Dieses Problem wird noch verschlimmert, wenn das Gemüsefach abgedichtet ist, sodass nur ein sehr geringer Luftaustausch mit dem größeren Bereich des Kühlschranks (hierin als „Fach für frische Lebensmittel" bezeichnet) stattfindet, und wenn das Gemüse aufgeschnitten wurde oder unverpackt aufbewahrt wird. Das Problem der Geruchsübertragung tritt vor allem bei Eiswürfeln auf, bei denen sich die Gerüche aus dem Fach für frische Lebensmittel des Kühlschranks auf das Eis im Eisfach des Kühlschranks übertragen können. Dies ist insbesondere bei Kühlschränken der Fall, bei denen ein Luftaustausch zwischen dem Fach für frische Lebensmittel und dem Eisfach stattfindet, insbesondere bei Kühlschränken mit integrierten Eismaschinen.

Abgesehen von schlechten Gerüchen sondern Obst und Gemüse im Rahmen ihres normalen Reifungsprozesses jedoch auch Ethylen ab. Dieses Ethylen trägt leider auch zur Verschlechterung ethylenempfindlicher Lebensmittel, hauptsächlich Gemüse wie Brokkoli, Salat, grüner Paprika usw., bei. Es ist bekannt, dass es sowohl Obst- und Gemüsesorten gibt, die Ethylen produzieren, als auch Sorten, die empfindlich gegenüber Ethylen reagieren.

US-Patent Nr. 5 403 548 offenbart ein Aktivkohleadsorptionsmittel, das beispielsweise in Kühlschränken, Schuhkartons, Schränken, Toiletten, Autos, Geschirrschränken oder Ähnlichem verwendet wird. Das Aktivkohleadsorptionsmittel wird in einer Gasbehandlungsvorrichtung angewendet, die einen Lufteinlass, einen Luftauslass, einen Zylinder, der die Aktivkohlewaben enthält, und einen Ventilator umfasst, der schlechte Gerüche durch den Lufteinlass saugt. Das Auswechseln der Batterie und die Entnahme des Zylinders, der die Aktivkohle enthält, erfolgt durch Demontage der Abdeckung der Vorrichtung. Die Gasbehandlungsvorrichtung kann weiterhin eine Vorrichtung umfassen, um den Benutzer davor zu warnen, dass die Standzeit des Aktivkohleadsorbptionsmittels abgelaufen ist. Diese Gasbehandlungsvorrichtung weist den Nachteil auf, dass sie nicht in der Lage ist, Ethylen aus der Luft zu entfernen.

Es ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Luftfiltervorrichtung bereitzustellen, die nicht die Nachteile der bisherigen Vorrichtungen, die dem Stand der Technik entsprechen, aufweist.

Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Luftfiltervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, schlechte Gerüche und Ethylen aus der Luft zu entfernen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine Luftfiltervorrichtung zum Filtern von Luft in abgeschlossenen Räumen wie Kühlschränken, Vorratsschränken, Vorratsräumen, Kühlräumen und Ähnlichem bereit, umfassend ein erstes Filterelement, ein zweites Filterelement und einen Luftkanal zur Definition eines Luftströmungswegs durch die Vorrichtung von einem Lufteinlass zu einem Luftauslass. Das erste Filterelement und das zweite Filterelement sind so angeordnet, dass sie zumindest mit einem Teil der Moleküle, die entlang des Luftströmungswegs strömen, oder die in einem der Filterelemente adsorbiert sind, in Wechselwirkung treten. Die Luftfiltervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterelement in der Lage ist, schlechte Gerüche aus der Luft zu entfernen, und Aktivkohle umfasst, die auf einem Trägerelement getragen ist, und das zweite Filterelement in der Lage ist, Ethylen zu oxidieren, und Kaliumpermanganat umfasst, das auf einem Zeolith oder auf Aluminiumoxid getragen ist, und worin weniger als 30 % der makroskopischen Oberfläche des Kaliumpermanganats unmittelbar der Luft ausgesetzt sind und mindestens 30 % der makroskopischen Oberfläche des Kaliumpermanganats sich in Kontakt mit der Aktivkohle befinden.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Filterelements gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine schematische Querschnittsansicht des in 1 dargestellten Beispiels des Filtermediums.

3 ist eine schematische zusammengebaute Ansicht eines Beispiels einer Vorrichtung der aktuellen Erfindung.

4 ist eine schematische Zeichnung eines alternativen Beispiels der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.

5 ist eine schematische Zeichnung eines alternativen Beispiels der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dafür gedacht, Luft in abgeschlossenen Räumen wie Kühlschränken, Vorratschränken, Vorratsräumen, Kühlräumen und Ähnlichem zu filtern. Die gleichzeitige Entfernung von schlechten Gerüchen und Ethylen hat sich als besonders vorteilhaft für die Frischhaltung von frischen Lebensmitteln wie Obst und Gemüse über einen längeren Zeitraum bewährt. Außerdem können sich weder schlechte Gerüche noch Geschmack von einem Lebensmittel auf ein anderes übertragen.

Das Filtern der Luft zum Entfernen von schlechten Gerüchen in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann durch Adsorbieren der Moleküle, die den schlechten Geruch ausmachen, auf einer Oberfläche eines Filterelements erreicht werden. Der Begriff „Adsorption" ist im Stand der Technik definiert und bezieht sich auf das Anhaften von Molekülen an Oberflächen, was die Beweglichkeit dieser Moleküle effektiv auf die beiden Dimensionen der Oberfläche reduziert. Die Moleküle, die in der Luft verbleiben, breiten sich daraufhin aus, sodass weitere Moleküle in Kontakt mit der Oberfläche gelangen und folglich adsorbiert werden. Die meisten schlecht riechenden Moleküle bewegen sich daher früher oder später in die Nähe einer der Oberflächen, sodass letztendlich ein Großteil des schlechten Geruchs aus der Luft entfernt wird.

Ein geeignetes Filterelement zum Entfernen von schlechten Gerüchen umfasst Aktivkohle für die Adsorption. Aktivkohle ist aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche als sehr effektives Filtermedium bekannt. Während Aktivkohle als solche sehr effektiv ist, kann das Filterelement der vorliegenden Erfindung ferner Stoffe enthalten, die auf der Aktivkohle getragen werden, um ganz speziell bestimmte schlechte Gerüche, wie diejenigen, die S- oder N-Atome aufweisen, angreifen zu können. Vorzugsweise umfassen die Filterelemente der vorliegenden Erfindung mindestens 2 Gramm, mehr bevorzugt mindestens 5 Gramm, am meisten bevorzugt mindestens 10 Gramm Aktivkohle. Die Filterelemente der vorliegenden Erfindung umfassen weniger als 100 Gramm, mehr bevorzugt weniger als 50 Gramm, noch mehr bevorzugt weniger als 40 Gramm, und am meisten bevorzugt weniger als 30 Gramm Aktivkohle.

Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von auf Aktivkohle basierenden Filtermedien bekannt. Die Kohle für die Medien kann von einer beliebigen Quelle stammen. Kokosnussschalen sind ein bekanntes Beispiel für eine Quelle für Aktivkohle.

Das Filterelement der vorliegenden Erfindung umfasst einen Träger für die Aktivkohle, z.B. in der Form von Schaumstoff, Vliesstoff, Gewebe, oder einer offenporigen oder netzartigen Struktur, wie einem Schaumstoff oder einem Netz.

Obwohl in vielen Vorrichtungen zur Geruchsbegrenzung Aktivkohle in Form von Körnchen und Pellets verwendet wird, haben diese Formen Nachteile für die vorliegende Erfindung. Erstens ermöglichen diese Partikelformen aufgrund ihres niedrigen Verhältnisses des Oberflächenbereichs zur Masse keine schnelle Adsorption von Gerüchen in abgeschlossenen Räumen. Zweitens weisen sie einen hohen Druckabfall auf, was die Adsorption und ihre Effektivität im Hinblick auf das Entfernen schlechter Gerüche weiter behindert. In Verbindung mit einer Vorrichtung zur Luftbewegung erfordert der Druckabfall über diese Betten aus Körnchen oder Pellets hinweg eine verhältnismäßig hohe Antriebsenergie, um die erforderlichen Luftströmungsraten für eine schnelle und effektive Geruchsentfernung zu erreichen. Dies ist ein entscheidender Nachteil bei einem Produkt, das für die Verwendung in abgeschlossenen Räumen entworfen wurde, da die Hinzufügung von mehr und mehr Energie größere, kostspieligere und lautere Geräte für diese Anwendungen zur Folge hat.

Während die Adsorptionsraten durch Verwendung von Aktivkohle in Pulverform mit viel kleineren Partikelgrößen als bei Aktivkohle in Körnchenform erhöht werden können, ist der Umgang mit diesen Pulverformen schwierig und dies verschlimmert das oben beschriebene Problem mit dem Druckabfall.

Es wurde herausgefunden, dass das Problem mit dem Druckabfall durch Verwendung eines Aktivkohle-Filterelements gelöst werden kann, bei dem die Aktivkohle auf einer Trägerstruktur getragen wird, beispielsweise einer offenporigen netzartigen Struktur, einem Schaumstoff oder einem Netz, das Durchflusskanäle für die Luft umfasst, die in Kontakt mit Aktivkohlepartikeln kommt, die auf und in der Trägerstruktur getragen werden.

Die Verwendung solch geträgerter Formen von Aktivkohle ermöglicht eine höhere thermodynamische Kapazität für die Adsorption von Gerüchen, während gleichzeitig eine schnelle Adsorption aufgrund des geringen Druckabfalls und des hohen Kontaktgrads zwischen den einzelnen Aktivkohlepartikeln und der Luft ermöglicht wird. In Kombination mit einer Vorrichtung zur Luftbewegung ermöglicht diese bevorzugte Filterstruktur eine schnelle Entfernung von Gerüchen in abgeschlossenen Räumen, selbst bei Vorrichtungen mit einer verhältnismäßig niedrigen Stromversorgung, beispielsweise einer einzigen Batterie, und mit einer verhältnismäßig kleinen Größe im Vergleich zu den Räumen, in denen sie verwendet werden.

Geeignete Formen geträgerter Aktivkohlestrukturen weisen vorzugsweise eine Gesamtelementdichte zwischen 0,01 und 0,40 g/cm3, mehr bevorzugt zwischen 0,05 und 0,35 g/cm3, noch mehr bevorzugt zwischen 0,10 und 0,30 g/cm3, und am meisten bevorzugt zwischen 0,15 und 0,25 g/cm3 auf.

Eine zufriedenstellende Leistung wird erreicht, wenn die Aktivkohlepartikel in der Struktur einen spezifischen Oberflächenbereich zwischen etwa 600 und 2000 m2/g aufweisen und wenn die Aktivkohledichte innerhalb des Filterelements zwischen 0,01 und 0,32 g/cm3, mehr bevorzugt zwischen 0,02 und 0,30 g/cm3, noch mehr bevorzugt zwischen 0,08 und 0,25 g/cm3, und am meisten bevorzugt zwischen 0,10 und 0,20 g/cm3 beträgt.

Geeignete Formen geträgerter Aktivkohle sind die netzartigen Polyurethanschaumstoffprodukte, die von Helsa-Werke, Helmut Sandler GmbH & Co KG, Deutschland, unter den Bezeichnungen Helsa-tech 8126, 8139, 5600 und 5615 kommerziell vertrieben werden.

Das Entfernen von Ethylen aus der Luft durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird durch das Oxidationsmittel Kaliumpermanganat in fester Form erreicht. Das Oxidationsmittel wird auf einem festen Partikel, d. h. einem Zeolith oder auf Aluminiumoxid getragen. Das Oxidationsmittel oder das Material aus festen Partikeln, das das Oxidationsmittel trägt, kann wiederum auf einem Schaumstoff getragen oder zwischen Vliesstoffen, Geweben oder Ähnlichem geschichtet sein. Wenn Ethylen mit dem Oxidationsmittel in Kontakt kommt, wird es zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Das Filterelement der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält vorzugsweise Kaliumpermanganat auf Aluminiumoxid und enthält mindestens 0,01 Gramm Kaliumpermanganat. Die Menge an Kaliumpermanganat, die erforderlich ist, um eine optimale Leistung zu erreichen, ist natürlich von den Umständen der jeweiligen Verwendung abhängig und muss bzw. kann daher von dem Fachmann festgelegt werden.

Ein geeignetes Oxidationsmittel für die vorliegende Erfindung, umfassend Kaliumpermanganat, wird kommerziell von Purafil Inc. in Doravill, GA, USA, unter der Bezeichnung „Purafil P800" vertrieben.

Das Filterelement der vorliegenden Erfindung umfasst einen Lufteinlass, einen Luftauslass und einen Luftströmungsweg durch das Filterelement von dem Lufteinlass zu dem Luftauslass. Das Filtermedium befindet sich so in dem Filterelement der vorliegenden Erfindung, dass es in Kontakt mit der Luftströmung entlang des Luftströmungswegs gelangt. Das Filtermedium kann als Filter, an dem die Luftströmung vorbeiströmt oder als Durchflussfilter angeordnet sein.

Geeignete Filterelemente für das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassen passive Filterelemente und Luftumwälzungs-Filterelemente. Der Begriff „passive Filterelemente" wie hierin verwendet, bezieht sich auf Filterelemente, die nur auf Luftkonvektion und Diffusion basieren, um schlechte Gerüche in die Reichweite des Filtermediums in dem Element zu bringen. Der Begriff „Luftumwälzungs-Filterelement" wie hierin verwendet bezieht sich auf Filterelemente, die an einem Luftumwälzungselement angebracht werden können und Luft über ein Filterelement, das ein Filtermedium enthält, in die Vorrichtung ziehen und die Luftströmung durch das Filtermedium über die Luftströmung, die bei normaler Luftkonvektion in dem abgeschlossenen Raum erreicht wird, hinaus erhöhen. Wie in dieser Offenbarung verwendet, besteht ein Luftumwälzungs-Filterelement aus einem Filterelement und einem Luftbewegungselement. Ein Filterelement, das für Luftumwälzungs-Filterelemente geeignet ist, kann ein passives Filterelement gemäß der Definition oben sein.

Die Desodorierung der Luft und das Entfernen von Ethylen durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird durch Erhöhen der Luftströmung durch das Filterelement mithilfe einer Einrichtung zur Luftbewegung verbessert. Die Einrichtung zur Luftbewegung bewegt vorzugsweise mindestens 10 ml Luft pro Sekunde durch den Lufteinlass in die Vorrichtung, mehr bevorzugt mindestens 100 ml/s, am meisten bevorzugt mindestens 300 ml/s.

Die optimale Rate der Luftströmung ist natürlich von den jeweiligen Umständen der speziellen Verwendung abhängig. Der Fachmann muss die Luftströmungsrate daher möglicherweise entsprechend anpassen. Im Stand der Technik ist eine breite Palette geeigneter Elemente zur Luftbewegung bekannt, z.B. Ventilatoren und Gebläse. Ein besonders geeigneter Ventilator ist ein Zentrifugalventilator. Eine geeignete Vorrichtung für den Antrieb des Ventilators ist ein kleiner Motor, beispielsweise ein Gleichstrommotor, der von MABUCHI MOTOR CO., LTD., Japan, unter der Bezeichnung „RF-330TK" erhältlich ist. Die Elemente zur Luftbewegung der vorliegenden Erfindung können elektrisch betrieben sein. Es sind viele elektrische Stromquellen vorstellbar, darunter elektrischer Wechselstrom wie in Haushalten oder Strom aus einer statischen Stromversorgung. Alternativ und vorzugsweise wird der elektrische Strom über eine Batterie, vorzugsweise eine Trockenalkalibatterie oder eine wiederaufladbare Batterie, bereitgestellt. Alle austauschbaren Stromversorgungen sind vorzugsweise so gestaltet, dass sie mindestens einen Monat, mehr bevorzugt mindestens zwei Monate, noch mehr bevorzugt mindestens drei Monate, und am meisten bevorzugt mindestens vier Monate halten.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ein Schalterelement umfassen, das das Element zur Luftbewegung periodisch an- und abschaltet, um Energie zu sparen. Das Schalterelement kann mit einem Sensorelement verbunden sein, das das Erfordernis, das Element zur Luftbewegung zu betätigen, erfasst, zum Beispiel indem der Geruch oder die Ethylenkonzentration ermittelt wird.

Das Filtermedium ist so aufgebaut, dass der Oberflächenbereich von Kaliumpermanganat, das der Luft in dem Filtermedium unmittelbar ausgesetzt ist, minimiert wird. Der Begriff „unmittelbar der Luft ausgesetzt" wie hierin verwendet bezieht sich auf Ausführungen, bei denen die Oberfläche von Kaliumpermanganat nicht in Kontakt mit anderen Oberflächen wie Aktivkohle, Trägerstrukturen, dem Filtergehäuse und Ähnlichem ist. Weniger als 30 % des makroskopischen Oberflächenbereichs des Kaliumpermanganats, vorzugsweise weniger als 20 % des makroskopischen Oberflächenbereichs des Kaliumpermanganats, mehr bevorzugt weniger als 10 % des makroskopischen Oberflächenbereichs sind der Luft unmittelbar ausgesetzt.

Der Begriff „makroskopischer Oberflächenbereich" wie hierin verwendet bezieht sich auf den Oberflächenbereich von Kaliumpermanganat, der für eine Sonde mit einem quadratischen Kopf von 1 cm2 Oberflächenbereich zugänglich ist, d. h. Wellen mit einer Ausdehnung von weniger als 1 cm werden nicht berücksichtigt. Folglich wäre der makroskopische Oberflächenbereich des Kaliumpermanganats, das auf einem Gewebematerial getragen wird, beispielsweise der Oberflächenbereich von zwei größeren Oberflächen des Gewebematerials.

Um den unmittelbaren Kontakt mit der Luft zu reduzieren, ist es bevorzugt, dass die Luftströmung so geleitet wird, dass sie an dem Kaliumpermanganat vorbeiströmt. Wenn das Kaliumpermanganat in einer im Wesentlichen zweidimensionalen Ausführung angeordnet ist, z.B. auf einem Gewebematerial, sollte die Luftströmung so geleitet werden, dass sie nicht durch das Gewebe strömt.

Das Kaliumpermanganat ist vorzugsweise so auf seinem Trägermaterial angeordnet, dass es mit der Oberfläche der Aktivkohle in Kontakt ist, sodass Ethylenmoleküle, die auf der Kohleoberfläche adsorbiert werden, zu dem Permanganat wandern und letztendlich von dem Permanganat oxidiert werden können. Mindestens 30 % des makroskopischen Oberflächenbereichs des Kaliumpermanganats, vorzugsweise mindestens 40 % des makroskopischen Oberflächenbereichs des Kaliumpermanganats, mehr bevorzugt mindestens 50 % des makroskopischen Oberflächenbereichs sind mit der Aktivkohle in Kontakt.

Ohne Bindung an diese Theorie wird davon ausgegangen, dass durch Minimieren der unmittelbaren Einwirkung von Luft auf das Permanganat und das Herstellen des Kontakts zwischen dem Permanganat und der Aktivkohle eine überraschende Steigerung der Leistung im Hinblick auf die Ethylenentfernung erreicht wird. Das Permanganat an sich scheint hinsichtlich der Entfernung von Ethylen in nennenswertem Umfang im passiven Modus viel weniger effektiv zu sein. Die Oxidationsreaktion muss durch Aktivkohle katalysiert werden, damit sie stattfinden kann. Durch Einwirken lassen von Luft auf eine möglichst große Aktivkohleoberfläche wird nicht nur die Eindämmung der schlechten Gerüche optimiert, sondern auch die Ethylenentfernung beschleunigt, indem um das Permanganatgewebe herum schneller ein Bereich mit hoher Ethylenkonzentration geschaffen wird. Da Aktivkohle Ethylen in ihrer Gitterstruktur nicht sehr effektiv „festhalten" kann, gibt sie es langsam frei und schafft so ideale Bedingungen für das Permanganatgewebe (das in kinetischer Hinsicht selbst über sehr schlechte Eigenschaften verfügt), um das Ethylen zu zerstören. Das Platzieren der beiden Elemente so nah wie möglich aneinander ist daher am besten für die Ethylenentfernung geeignet. Man kann sich vorstellen, dass in einer Situation, in der Ethylen innerhalb der Aktivkohlemasse dauernd adsorbiert und abgegeben wird, die Oxidation von Ethylen an den Rändern des Aktivkohleschaumstoffs einen Ethylenkonzentrationsgradienten schafft. Dadurch entsteht eine radiale Antriebskraft, die die Aktivkohle von dem Ethylen trennt.

In einer geeigneten Ausführungsform ist das Filtermedium so gestaltet, dass das zuvor erwähnte Ethylen-entfernende Material radial um einen zylindrischen oder halbrunden Schaumstoff-/Kohlefilter gewickelt ist. Bei dieser Ausführung wird das Permanganatgewebe der Luft nicht unmittelbar ausgesetzt, und das Permanganat ist auf einer Seite mit Aktivkohle in Kontakt und auf der anderen Seite mit dem Filtergehäuse. Diese Ausrichtung ist außerdem ideal, um die Verarbeitungskosten auf ein Minimum zu reduzieren: Das Permanganat muss nicht in die Aktivkohle eingebettet werden, und es bedarf nur sehr wenig Aufwand, das Permanganat in dem Filter aufzunehmen. Es sind keine ästhetischen Hilfsmittel erforderlich, da das Permanganat vor dem Filtereinlass und -auslass versteckt ist. Bei der Verarbeitung wird kein Gewebe verschwendet, da es in rechteckige Steifen und nicht in kompliziertere Formen wie Scheiben geschnitten wird. Der niedrigst mögliche Druckabfall wird erreicht (aktiver Modus), da nur eines der Filterelemente der Luftströmung direkt ausgesetzt ist; dadurch wird der Stromverbrauch minimiert und die Lebensdauer der Batterie maximiert. Die beste Eindämmung des schlechten Geruchs wird erreicht, da der größtmögliche Oberflächenbereich von Aktivkohle der Luft ausgesetzt ist.

Überraschenderweise wurde herausgefunden, dass durch diese Ausführung die Ethylenentfernungsraten und die Ethylenentfernungskapazität sowohl im aktiven als auch im passiven Modus maximiert werden. Im aktiven Modus weist der Filter hinsichtlich der Ethylenentfernungsraten eine bessere Leistung als herkömmliche Vorrichtungen zur Ethylenentfernung auf, wobei dieser jedoch immer so noch so gestaltet ist, dass er keine komplizierten Technologien wie Sprühbeschichten oder Einbetten verwendet. Außerdem scheint diese Ausführung die Oxidation anderer Spezies zu minimieren, wodurch die Oxidationsleistung von Permanganat maximiert und die Produktion unvorteilhafter Zwischenprodukte wie Acetaldehyd verhindert wird, was in der Fachliteratur häufig als ein Nachteil von Permanganatoxidationssystemen erwähnt wird.

1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines Filterelements zeigt. Das Filterelement der vorliegenden Erfindung umfasst einen Lufteinlass (1), einen Luftauslass (2) und einen Luftströmungsweg durch das Filterelement (3) von dem Lufteinlass zu dem Luftauslass. Das Filtermedium befindet sich so in dem Filterelement der vorliegenden Erfindung, dass es entlang des Luftströmungswegs in Kontakt mit der Luftströmung kommt. Das Filtermedium enthält vorzugsweise einen Kohlefilter, der die allgemeine Form eines Zylinders aufweist, vorzugsweise die Form mehrerer Scheiben mit unterschiedlichem Durchmesser und unterschiedlicher Dicke, sodass sich die Schreiben der Form einer Kugel oder eines Teils davon annähern, wenn diese übereinander platziert werden.

2 ist eine schematische Querschnittsansicht des in dem Beispiel von 1 dargestellten Filtermediums. Das Filtermedium besteht aus mehreren Scheiben Aktivkohle, die von einem Schaumstoff (3) getragen werden. Die Scheiben werden übereinander platziert. Um diesen Stapel wird ein Stück Vliesmaterial (1) gewickelt, das das Kaliumpermanganat auf Aluminiumoxid trägt. Um eine Verschüttung von Kohlepartikeln zu verhindern, ist die gesamte Anordnung in einem Stück gewebtem Nylon (2) enthalten, das straffgezogen ist. Das Nylon wird bis zu einem Punkt so gedehnt, dass die durchschnittliche Porengröße des Nylons weniger als 0,5 mm2 beträgt.

3 ist eine schematische Ansicht eines zusammengebauten Beispiels einer Vorrichtung der aktuellen Erfindung. Die Vorrichtung umfasst ein Hauptgehäuse (1), an dem zwei Vorrichtungen für den Luftauslass (6) angebracht sind. Das Hauptgehäuse ist so dimensioniert, dass es alle unten beschriebenen Elemente enthalten kann. In der bevorzugten Ausführungsform dieses Beispiels wird das Filterelement von 1 oben auf dem Lufteinlass (4) platziert, sodass die Luft über Saugkraft durch das Filterelement gesaugt wird. Ein besonders geeigneter Ventilator zur Bereitstellung dieser Saugkraft ist ein Zentrifugalventilator (3). Der Zentrifugalventilator ist in einer kleinen Kammer enthalten, die die Maximierung der Luftströmung unterstützt, wodurch ermöglicht wird, dass Luft in die Nähe der Mitte des Flügelrads gesaugt und senkrecht zu der Eintrittsrichtung und durch die Luftauslässe der Vorrichtung ausgetrieben wird. Die Vorrichtungen für die Luftauslässe sind in dem Hauptgehäuse so angeordnet, dass die Rotation des Ventilators durch diese Auslässe sichtbar ist. Auf diese Weise kann die Aktivität des Ventilators bestätigt werden. Die Vorrichtung zur Luftbewegung bewegt vorzugsweise mindestens 100 ml Luft pro Sekunde durch den Lufteinlass in die Vorrichtung, mehr bevorzugt mindestens 200 ml/s, am meisten bevorzugt mindestens 300 ml/s. Eine geeignete Vorrichtung für den Antrieb des Ventilators ist ein kleiner Motor (18), beispielsweise ein Gleichstrommotor, der von MABUCHI Motor Co., LTD., Japan, unter der Bezeichnung „RF-330TK" erhältlich ist.

Der Motor wird von einer Platine (7) gesteuert. Bei diesem Beispiel wird der Strom für den Motor von einer Batterie (16), vorzugsweise eine Trockenalkalibatterie mit 1,5 V oder eine wiederaufladbare Batterie, bereitgestellt, die über zwei Batteriekontakte an die Platine angeschlossen ist. Die Batterie wird durch eine Batterietür (10) in der Vorrichtung gehalten, an der ein kleines Stück Schaumstoff (11) angebracht ist, mit dessen Hilfe eine feste Passung der Batterie in der Vorrichtung ermöglicht wird. Die Platine enthält auch Schaltkreise, die eine LED (12) steuern, die blinkt, um anzuzeigen, dass sich die Batterie dem Ende zuneigt.

Bei diesem Beispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind die Batterie, der Ventilator und der Motor so gestaltet, dass sie nur sehr wenig Strom verbrauchen, sodass die Vorrichtung über einen langen Zeitraum kontinuierlich betrieben werden kann. Die Vorrichtung dieses Beispiels verbraucht vorzugsweise weniger als 20 mA, mehr bevorzugt weniger als 10 mA, und am meisten bevorzugt weniger als 8 mA. Um ein häufiges Austauschen der Batterie zu vermeiden, ist die austauschbare Stromversorgung dieses Beispiels vorzugsweise so gestaltet, dass sie mindestens einen Monat, mehr bevorzugt mindestens zwei Monate, noch mehr bevorzugt mindestens drei Monate und am meisten bevorzugt mindestens vier Monate hält.

Um die Verwendung für den Benutzer der Vorrichtung zu erleichtern, wird ein Indikator bevorzugt, um anzuzeigen, dass die Batterie bald ausgetauscht werden muss. Ein Indikator könnte akustisch sein, z.B. ein Summer oder eine Pfeife. In diesem Beispiel ist der Indikator eine blinkende Leuchtdiode (LED), die einige Dutzend Mal pro Minute leuchtet, wenn die Spannung der austauschbaren Stromeinheit unter etwa 0,9 V abfällt. Die LED dieses Beispiels arbeitet mit 3,0 V, was viel höher als die von der austauschbaren Batterie bereitgestellte Spannung ist. Um den Betrieb dieser LED zu ermöglichen, ist eine permanente Lithiumzelle mit 3,0 V an der Platine angebracht, um den Schaltkreis mit Strom zu versorgen. Die Lithiumzelle hält erwartungsgemäß über die Lebensdauer der Vorrichtung, etwa 5 Jahre.

4 ist eine schematische Zeichnung eines alternativen Beispiels der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. In 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, die einen Lufteinlass (1), Luftauslässe (2) auf jeder Seite der Basis (4) und ein entfernbares und austauschbares Filterelement (3) umfasst. Das Filterelement wird so auf der Basis platziert, dass die Luftströmung von einem Ventilator Luft durch den oberen Bereich des Filterelements und durch die Luftauslässe auf der Basis saugt.

In diesem Beispiel enthält das Filterelement ein Filtermedium und eine Batterie. Das Filtermedium ist so gestaltet, dass es die gleiche Standzeit wie die Batterie aufweist, sodass beide als eine Einheit ausgetauscht werden können. Das Filterelement enthält zwei Metallkontakte (nicht dargestellt), die ermöglichen, dass elektrischer Strom von der Batterie zu der Basis fließt. Das Filtermedium der Vorrichtung verwendet das gleiche Aktivkohle- und Kaliumpermanganatsystem, wie in dem Beispiel von 1 beschrieben. Das Filtermedium ist so geformt, dass eine Trockenalkalibatterie mit 1,5 V vom Typ „D" in den Hohlraum in dem Filter passt.

Ähnlich wie die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält die Basis einen Ventilator, einen Motor und eine Platine, die den Motor und eine LED (nicht dargestellt) steuert, die blinkt, um anzuzeigen, dass das Filterelement, das die Batterie und das Filtermedium enthält, bald ausgetauscht werden muss. Die Basis enthält auch Metallkontakte (nicht dargestellt), die ermöglichen, dass elektrischer Strom von der Batterie (die in der Filtergruppe enthalten ist) zu den Motoren fließt.

5 ist eine schematische Zeichnung eines alternativen Beispiels der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. In 5 ist eine Vorrichtung dargestellt, die einen Lufteinlass (2) auf jeder Seite der Basis (4), mehrere Luftauslässe (1) und ein entfernbares und austauschbares Filterelement (3) umfasst. Das Filterelement wird so auf der Basis platziert, dass die Luftströmung von einem Ventilator Luft durch die Lufteinlässe in der Basis, durch das Filtermedium und nach draußen durch die Luftauslässe in dem Filterelement saugt.

In diesem Beispiel enthält das Filterelement ein Filtermedium und eine Batterie. Das Filtermedium ist so gestaltet, dass es die gleiche Standzeit wie die Batterie aufweist, sodass beide als eine Einheit ausgetauscht werden können. Das Filterelement enthält zwei Metallkontakte (nicht dargestellt), die ermöglichen, dass elektrischer Strom von der Batterie zu der Basis fließt. Das Filtermedium der Vorrichtung verwendet das gleiche Aktivkohle- und Kaliumpermanganatsystem, wie in dem Beispiel von 1 beschrieben. Das Filtermedium ist so geformt, dass die Luft von der Basis in die Unterseite und die Mitte des Filters getrieben wird und sich dann durch das Filtermedium nach draußen bewegen muss, um durch die Luftauslässe zu strömen. Weiterhin ist dieser Filter so geformt, dass eine Trockenalkalibatterie mit 1,5 V vom Typ „D" in einen Hohlraum in dem Filter passt.

In diesem Beispiel kann die Basis mehrere Ventilatoren und Motoren enthalten, um eine größere Luftströmung durch die Filtergruppe zu ermöglichen. Aufgrund der Geometrie des Filtergehäuses wird die beste Leistung mit dieser Vorrichtung erreicht, indem zwei Zentrifugalventilatoren verwendet werden, die von einem oder zwei Motoren angetrieben werden. Die Basis enthält eine Platine, die die Motoren und eine LED (nicht dargestellt) steuert, die blinkt, um anzuzeigen, dass das Filterelement, das die Batterie und das Filtermedium enthält, bald ausgetauscht werden muss. Die Basis enthält auch Metallkontakte (nicht dargestellt), die ermöglichen, dass Strom von der Batterie (die in der Filtergruppe enthalten ist) zu den Motoren fließt. Optional kann die Basis so gestaltet sein, dass sie die austauschbare Batterie enthält, sodass die Batterie in der Filtereinheit überflüssig wird.


Anspruch[de]
Luftfiltervorrichtung zum Filtern von Luft in abgeschlossenen Räumen wie Kühlschränken, Vorratschränken, Vorratsräumen, Kühlräumen und Ähnlichem, umfassend ein erstes Filterelement, ein zweites Filterelement und einen Luftkanal zur Definition eines Luftströmungswegs durch die Vorrichtung von einem Lufteinlass zu einem Luftauslass, wobei das erste Filterelement und das zweite Filterelement so angeordnet sind, dass sie zumindest mit einem Teil der Moleküle, die entlang des Luftströmungswegs strömen, oder die in einem der Filterelemente adsorbiert sind, in Wechselwirkung treten, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterelement in der Lage ist, schlecht riechende Moleküle aus der Luft zu entfernen, und Aktivkohle umfasst, die auf einem Trägerelement getragen ist, und das zweite Filterelement in der Lage ist, Ethylen zu oxidieren, und Kaliumpermanganat umfasst, das auf einem Zeolith oder auf Aluminiumoxid getragen ist, und worin weniger als 30 % der makroskopischen Oberfläche des Kaliumpermanganats unmittelbar der Luft ausgesetzt sind und mindestens 30 % der makroskopischen Oberfläche des Kaliumpermanganats sich in Kontakt mit der Aktivkohle befinden. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 1, worin die Luftfiltervorrichtung ferner ein Luftventilationselement zur Bewegung der Luft entlang des Strömungswegs umfasst. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 2, worin das Luftventilationselement mindestens 100 ml Luft pro Sekunde durch den Lufteinlass in die Vorrichtung bewegt. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 1, worin das Trägerelement einen Schaumstoff, ein Gewebe oder ein Vliesmaterial umfasst. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 4, worin die Aktivkohle auf einem Polyurethanschaum getragen ist und eine Kohlenstoffdichte zwischen 0,01 und 0,3 Gramm pro cm3 aufweist. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 1, worin das erste Filterelement zwischen 5 und 30 Gramm Aktivkohle umfasst. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 1, worin das Kaliumpermanganat als Teil fester Partikel, getragen in einer Schaumstoffstruktur oder geschichtet zwischen Vliesmaterial oder Gewebematerialien, enthalten ist. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 1, worin mindestens 50 % der makroskopischen Oberfläche des Kaliumpermanganats sich in Kontakt mit der Aktivkohle befinden. Luftfiltervorrichtung nach Anspruch 1, worin das Kaliumpermanganat im Verhältnis zum Luftstrom so angeordnet ist, dass die entlang des Strömungsweges strömende Luft nicht durch das Kaliumpermanganat strömt.






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