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Diese Erfindung bezieht sich auf einen Luftreiniger für
Innenräume, der einen Erdschichtreaktor verwendet, durch
welchen Luft zum Entfernen von Partikeln und zum Oxidieren
von schädlichen Gasen durch aerobe Mikroorganismen in der
Erde durchgesogen wird.
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Das DE-G-86 07 583 beschreibt einen Kompostier-Inkubator zum
dezentralisierten Kompostieren von organischen
Abfallstoffen. Der Kompostier-Inkubator ist mit einem biologischen
Filter zum Filtern von Gasen und Dämpfen versehen, die durch
den Kompostiervorgang entstehen. Der biologische Filter
umfaßt eine Erdschicht, in welcher Pflanzen wachsen können.
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Die Innenraum-Umwelt ist oft verunreinigt mit einer Reihe
von schädlichen und giftigen Gasen, die Kohlenmonoxid,
Methan, Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff, NOx und eine
breite Anzahl von organischen Dämpfen umfaßt. Einige von
diesen sind weit verbreitet in der Umwelt, speziell in
städtischen Gegenden, und andere tendieren in Wohnungen, Büros
oder anderen geschlossenen Räumen aufgrund von Aktivitäten
innerhalb dieser Räume aufzutreten.
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Schädliche oder giftige Stoffe können durch Tabakrauchen,
Kochen, offene Feuerstellen, fehlerhafte Geräte oder einer
Reihe von anderen normalen Tätigkeiten erzeugt werden.
Einige von diesen sind lediglich unangenehm wegen der Gerüche;
andere, solche wie durch Rauchen und Kochen erzeugte Stoffe
können sich ansammeln und Oberflächen verschmutzen; während
andere, wie z.B. Kohlenmonoxid gefährlich sein können. Es
ist herausgefunden worden, z.B., daß in hohem Maße Wohnungen
unvermutete Kohlenmonoxidkonzentrationen aufweisen, die zu
unklaren Störungen beitragen, wie z.B. Mattigkeit und
Kopfschmerzen bei Konzentrationen, die weit unterhalb der
Grenzen
liegen, die offenkundige Symptome von Vergiftungen
erzeugen.
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Ungewollte Partikel sind ebenfalls allgemein in der Umwelt
zu finden. Tabakrauchen erzeugt Partikel sowie auch Gase.
Organische Aerosole, Staubpartikel, Pollen und winzige
Organismen können ebenfalls in der Luft schweben. In einigen
staubigen Gebieten können solche Partikel aufgrund der
chemischen Eigenart der Partikel oder lediglich aufgrund der
kleinen Partikelgröße gefährlich sein. Umweltrichtlinien
sind bekannt gemacht worden für Partikel, die kleiner als
10 um sind, weil diese viel tiefer in die Lungen eindringen
als grobe Partikel. Offensichtlich ist es wünschenswert, die
Konzentration von solchen schädlichen und giftigen Stoffen
in der Innenraumumwelt zu reduzieren.
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Eine Reihe von Vorrichtungen sind über die Jahre vermarktet
worden, um in diesem Bezug abzuhelfen.
Negativionen-Generatoren sind bei einigen als wirksam angesehen. Jedoch sind
sie weitestgehend für Partikel wirksam und stellen nicht
einen breiten Bereich der Beseitigung von vielen Gasen bereit.
Raumluftauffrischer tragen sehr wenig dazu bei, sondern
überdecken das Problem mit mehr erträglicheren Dämpfen.
Aktivkohlefilter können verwendet werden, jedoch sind diese
ziemlich teuer und eventuell verlieren sie ihre Wirksamkeit,
wenn die Aktivbereiche auf der Kohle verbraucht sind. Es ist
ebenfalls schwierig einzuschätzen, ob solche Filter wirksam
bleiben und sie könnten vorzeitig ihre Wirkung verlieren
oder länger als ihre Lebensdauer im Einsatz sein.
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Es ist daher wünschenswert, einen Luftreiniger zum Verwenden
in Innenräumen zum Reduzieren der Konzentration von
Partikeln und schädlichen und giftigen Gasen in der Luft
bereitzustellen. Es ist wünschenswert, daß dieses Gerät über lange
Zeiträume wirksam arbeitet ohne seine Wirkung zu verlieren
oder teure Ersatzteile zu erfordern. Es ist wünschenswert,
daß es wirksam ist bezüglich einer breiten Anzahl von
schädlichen
und giftigen Stoffen. Es ist wünschenswert, daß es
einfach aufgebaut ist und wenig Wartung erfordert. Es ist
ebenfalls höchst wünschenswert, daß es ansehnlich ist, weil
es ein dauerhaftes Inventar in der Innenraum-Umwelt
darstellt.
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Die Erfindung stellt einen Raumluftreiniger in Form eines
oben geöffneten Containers bereit, der eine untere
Erdschicht und eine obere Erschicht umfaßt, die geeignet sind,
das Wachstum von aeroben Mikroorganismen zu unterstützen.
Einrichtungen sind zum Absaugen von Luft aus einem Raum
durch den oben offenen Bereich des Containers nach unten
durch lediglich eine von den Erdschichten oder durch beide
Erdschichten in einem Luftsammelraum unterhalb der unteren
Erdschicht und Abgeben der Luft von dem Luftsammelraum
zurück in den Raum bereitgestellt. In solch einem
Luftreiniger, werden Partikel aus der Luft in den Erdschichten
gefangen und entfernt. Viele Gase werden auf den Erdpartikeln
adsorbiert oder werden durch den Kontakt mit Erdfeuchtigkeit
beseitigt. Aerobe Mikroorganismen in der Erde oxidieren ein
breites Spektrum von Dämpfen und Beseitigen diese aus der
Luft und belassen lediglich Kohlendioxid und Wasser.
Bevorzugterweise sind die Erdschichten in Form von einer relativ
dünneren Erdschicht und einer relativ dickeren Erdschicht
mit einem Luftzwischenraum zwischen ihnen ausgebildet.
Einrichtungen sind zum Durchleiten von Luft durch beide
Erdschichten zum Beseitigen von Partikeln und Gasen vorgesehen
oder alternativ durch lediglich die dünnere Erdschicht zum
schnellen Beseitigen von Partikeln.
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Solch ein Luftreiniger ist ansehnlich gehalten, weil die
obere Erdschicht ebenfalls geeignet ist zum Unterstützen des
Wachstums von Pflanzen, die durch den Wohnungsbesitzer oder
Büroangestellten auswählbar sind.
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden erkannt werden, wenn dieselben durch Bezug
auf die detaillierte Beschreibung besser verstanden werden,
wenn sie in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen
betrachtet werden, worin:
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Fig. 1 ein einfaches Ausführungsbeispiel eines
Erdbettreaktor-Raumluftreinigers in halbschematischer
vertikaler Querschnittsansicht zeigt;
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Fig. 2 ein Graph, der den Volumenstrom der Luft als
Funktion des Drucks zeigt ist; und
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Fig. 3 in halbschematischer Querschnittsansicht ein anderes
Ausführungsbeispiel des Raumluftreinigers zeigt.
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In einer exemplarischen Ausführungsform, umfaßt ein
Raumluftreiniger einen größtenteils undurchlässigen Container
10, der auf einem kleinen Bodenständer 11 aufsitzt und ein
offenes, oberes Ende aufweist. Der Container kann z.B. ein
glasfaserverstärkter Kunststoffkasten, -Zylinder oder
ähnliches sein, welcher wasserdicht ist und an seinem Äußeren in
einer Weise angestrichen oder dekoriert sein kann, um
dauerhaft in einer Wohnung, Büro oder ähnlichem zur Schau zu
stehen. Ein Keramikcontainer ist ebenfalls geeignet.
Bevorzugterweise liegt der Horizontalquerschnitt des Containers in
einem Bereich von 0,25 zu 1 qm. Eine exemplarische
Ausführungsform ist in der Form eines rechteckigen Containers mit
den Abmaßen 0,45 m zu 0,6 m ausgebildet.
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Ein Gitter 12 ist oberhalb des Bodens von dem Container
angeordnet, um einen 5 bis 10 cm hohen Luftsammelraum 13
bereitzustellen. Das Gitter kann in der Form aus üblichem
18-Maschen-Glasfaser- oder Kunststoffenster-Gitterwerkstoff
bestehen, der auf 4-Maschen-Kunststoff-Harzstoff gehalten
ist, welcher selbst wiederum auf einem festen
Kunstoffgitterfenster gehalten ist. Das Gitter kann oberhalb des Bodens
von dem Container durch einen Zentrierkranz, eine Schulter
15 innerhalb des Containers oder ähnlichem gehalten sein.
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Eine untere Erdschicht 14 ist auf der Oberseite des unteren
Gitters angeordnet. Die übliche Dicke der Erdschicht beträgt
30 bis 50 cm. Zirka 5 bis 10 cm über dem oberen Ende der
unteren Erdschicht ist ein oberes Gitter 16 angeordnet,
ähnlich dem unteren Gitter 12. Eine obere Erdschicht 17 ist auf
dem oberen Gitter vorgesehen. Die bevorzugte Dicke der
oberen Erdschicht liegt im Bereich von 5 bis 15 cm.
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Wie hierin verwendet, bedeutet "Erde" ein poröses
hydrophiles Medium, welches das Wachstum von aeroben Mikroorganismen
unterstützt, welche in der Luft befindliche, organische
Verunreinigungen oxidieren. Es kann Erde umfassen, die in der
Umgebung zu finden ist, welche mit organischen Zusätzen,
Torfmoos, Sand und Lehmmixturen, kleinen Keramik- und
Kunststoffteilchen oder Ringe, käuflich erwerblicher Blumenerde
und ähnlichem angereichert sein kann.
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Sogenannte Blumenerde ist bevorzugt, weil sie hydrophil,
reich an organischen Nährstoffen, stabil, durchlässig,
fertig erhaltbar und kostengünstig ist. Solch eine übliche
Blumenerde umfaßt Sand, eine kleine Menge Lehm, andere
mineralische Körner und organische Teilchen oder Fasern, und kann
Hilfsstoffe umfassen, wie z.B. Kunststoff-Schaumstücke zum
Verbessern der Durchlässigkeit und gewöhnliche chemische
Düngemittel. Die verwendete Erde kann ebenfalls Zusätze von
alkalischen Stoffen zum Neutralisieren von sauren Gasen, wie
z.B. 502 und NOx, umfassen.
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Bevorzugter Weise liegt die gesamte Dicke der Erdschicht,
z.B. die zusammengefaßte Dicke von oberer und unterer
Schicht, im Bereich von 40 bis 150 cm. Eine Schicht dünner
als 40 cm kann unzureichende Verweilzeit der Luft, die durch
die Erde zur Adsorption an Erdteilchen hindurchdringt,
aufweisen, so daß die Mikroorganismen einen wesentlichen Anteil
der schädlichen Gase in der Luft oxidieren können. Schichten
mit einer Dicke von mehr als 1,5 m können solch eine geringe
Durchlässigkeit aufweisen, daß ein ziemliches Luftvolumen
nicht durch die Erdschicht mit einem vernünftigen
Druckabfall gesogen werden kann. In einem Raumluftreiniger ist es
bevorzugt, daß die komplette Dicke der Erdschicht nicht mehr
als 1 m beträgt. Ansonsten kann die Einheit zu klobig, sein
um ansehnlich zu erscheinen und es besteht nur wenig Vorteil
in einem dickeren Erdbett.
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Bevorzugterweise weist die Erdschicht eine Dicke und
Durchlässigkeit auf, welche Luft ermöglichen, durch die Erde mit
einer scheinbaren Verweilzeit von mindestens 5 s gesogen zu
werden.
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Es ist wegen einer Anzahl von Gründen wünschenswert,
Pflanzen in dem Erdbett-Reaktor wachsen zu lassen, nicht zuletzt
aus dem Grund, daß Pflanzen aufgrund ihrer attraktiven
Erscheinung in der Wohnung oder im Büro ausgewählt werden
können. Die Pflanzen helfen die Porosität der Erde zu erhalten
und Pflanzenabfälle erhalten die Erdnährstoffe, welche
helfen, das Wachstum der Mikroorganismen zu unterstützen. Es
ist ebenso wünschenswert, daß die Pflanzen, die in der
oberen Erdschicht wachsen, so ausgewählt werden, daß sie
einigen Beitrag beim Säubern der Luft haben. Blattpflanzen zum
Beseitigen von Raumluftverschmutzern umfassen die übliche
Chlorophytum elatum var. vittatum (spider plant) und
Scindapsus aureus (golden pothos).
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Ein Kanal 18 erstreckt sich durch den Boden des Containers,
um eine Luftverbindung zwischen dem Luftsammelraum 13 und
einem konventionellen Gebläse 19 bereitzustellen. Deshalb
wird, wenn das Gebläse an ist, Raumluft nach unten durch das
obere Ende des Containers, durch die zwei Erdschichten und
ihre Traggitter und in den Luftsammelraum hineingesogen. Das
Gebläse gibt gereinigte Luft aus dem Sammelraum zurück in
den Raum ab, worin sie sich mit der anderen Luft im Raum
vermischt. Durchleiten von Luft durch beide Erdschichten ist
die übliche Betriebsweise.
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Ein Wandwischer 20 in der Form einer nach innen gerichteten
Leiste ist in jeder Erdschicht in einem vernünftigen Abstand
unterhalb der Oberfläche vorgesehen. Es ist herausgefunden
worden, daß Austrocknen und Schrumpfen der Erde die Kanten
des Erdbetts dazu bringen kann, von der Wand des Containers
wegbewegt zu werden, wobei dadurch ein Kanal für
Luftströmung entsteht, um an einen Bereich des Betts vorbeigeführt
zu werden. Der Wandwischer unterbricht einen jeden solcher
Kanäle entlang des Umfangs der Erdschicht und richtet den
Luftstrom zurück durch den Hauptteil der Schicht. Eine dünne
Ablenkkante, die 4 oder 5 cm breit ist, und sich entlang des
Innenumfangs des Containers erstreckt, ist ausreichend, um
dieses mögliche Problem bei einigen Erdarten zu vermeiden.
Ein Flansch kann ebenfalls entlang des Kanals durch die
Erdschichten aus ähnlichen Gründen vorgesehen sein.
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Wenn die Luft durch die Erdporen strömt, adsorbieren die
Oberflächen der Erdteilchen Verunreinigungen aus der Luft,
diese adsorbierten Verunreinigungen werden dann schnell
durch die Mikroorganismen in der Erde oder durch
Oberflächenkatalysatoren oxidiert. Die Oxidation erneuert
kontinuierlich die Adsorptionskapazität der Erde. Gasförmige
Verunreinigungen adsorbieren leichter an den Erdoberflächen als
Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid, und werden somit an
den Erdoberflächen gehalten, wenn der Luftstrom nach unten
durch die Erde strömt. Dieses plaziert die Verunreinigungen
in dem Milieu wo Mikroorganismen die Verunreinigungen als
Nährstoffe und Energiequellen verwenden, wobei sie
Kohlendioxid und Wasser zurücklassen. Einige organische Dämpfe
werden wie es scheint direkt durch die Mikroorganismen für
ihren Stoffwechsel eingefangen. Darüber hinaus entfernt das
Erdbett Partikel aus dem Luftstrom, einschließlich Aerosole
von kleiner als 1 um, Zigarettenrauch und ähnliches.
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Es ist wichtig, die Erdschicht im Erdbett-Reaktor des
Reinigers feucht zu halten. Wasser ist durch die Mikroorganismen
erfordert und die Adsorption von einigen Dämpfen, speziell
sauren Gasen und einigen wasserlöslichen Formen, wie z.B
Formaldehyd, wird verbessert durch die Anwesenheit von
Feuchtigkeit Darüber hinaus können, wenn die Erdschicht
übermäßig austrocknet, Schrumpfrisse entstehen, welche den
Luftstrom durch das Erdbett an diesen vorbeiführen und eine
Kanalisation unterstützen, was die Wirksamkeit des Reinigers
verringert. Übertriebener Feuchtigkeitsgehalt ist nicht
wünschenswert, jedoch, weil die Feuchtigkeit konkurriert mit
organischen Gasmolekülen um die Adsorptionsstellen in der
Erde und die Durchlässigkeit der Erde kann unzulässig
verringert werden, wenn die Erde mit Wasser gesättigt ist.
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Hinzugefügtes Wasser in der Erde, um das Wachstum der
Pflanzen zu unterstützen, stellt einen geeigneten
Feuchtigkeitsgehalt zur wirksamen Adsorption von Gasen, Filtern von
Partikeln und Unterhalten des Wachstums von Mikroorganismen
bereit.
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Wenn zuviel Wasser zu der Erde hinzugefügt wird, fließt es
in den Luftsammelraum an dem Boden ab. Ein Abfluß 21 mit
einem Ventil 22 kann zum Ableiten von überschüssigem Wasser
aus dem Luftsammelraum verwendet werden. Es kann
wünschensweht sein, einen Teil des Wassers in die Erde im Reiniger
zurückzuführen, so daß nicht übermäßig Nährstoffe
heraussickern. Nicht das gesamte Wasser sollte recycelt werden, so
daß Abfallstoffe der Mikroorganismen sich nicht anhäufen.
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Die Mikroorganismen, die in der Erde des Luftreinigers
vorhanden sind, können solche sein, die zu der eingefüllten
Erde heimisch sein können oder speziell in die Erde
eingebracht wurden. Die meisten Erdarten sammeln in zufälliger
Beinhaltung viele Arten von Mikroorganismen, welche in die
Ausübung dieser Erfindung eingeschlossen sind. Keine
bestimmten Arten von Mikroorganismen sind erforderlich zur
Ausübung dieser Erfindung, mit der möglichen Ausnahme von
Thiobazillen zum Oxidieren von Schwefelwasserstoffen,
Merkaptanen
und anderen schwefeligen Stoffen. Es ist üblich,
viele Familien und Spezien von Mikroorganismen in der Erde
zu finden, die Pseudomonaden, Bazillen, Nokardien,
Flavobakterien, Mikrokokken, Rhizobium, Trichoderma und verschiedene
andere Bakterien, Hefen, Pilze und ähnlches umfassen. Es ist
tatsächlich wünschenswert, eine Reihe von Organismen in der
Erde zu haben, so daß eine Reihe von verunreinigten Gasen
wirksam umgewandelt werden können und verschiedene Arten
können sich stark vermehren, wenn Konzentrationen von
verschiedenen Verunreinigungen mit der Zeit variieren.
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Es ist wünschenswert, die Erde mit einer Reihe von solchen
Mikroorganismen zu versetzen, weil heimische Erde, die in
den Reaktor eingefüllt wird, arm an Mikroorganismen sein
kann. Ohne Animpfen könnte es einige Zeit dauern, um eine
ausreichende Anzahl von Mikroorganismen zum gründlichen
Beseitigen von Verunreinigungen aus der Luft aufzubauen.
Animpfen ist besonders wichtig bei einigen käuflichen
Blumenerdmixturen, welche zum Beseitigen von pathologischen
Organismen pasteurisiert wurden. Ohne Animpfen kann eine
wesentliche Zeit folgen, bevor eine wirksame
Verunreinigungsbeseitigung erlangt ist.
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Der Kanal 18 erstreckt sich ebenfalls nach oben durch die
untere Erdschicht zu einem Luftzwischenraum 23 zwischen dem
oberen Gitter 16 und der Oberfläche der unteren Erdschicht.
Der Luftzwischenraum kann 5 bis 10 cm hoch sein. Am oberen
Ende des Kanals ist in dem Luftzwischenraum ein Ventil 24
angeordnet, welches in der einfachsten Ausführungsform
lediglich eine verschiebbare Luftklappe ist, die über das
obere Ende des Kanals paßt und den Kanal verschließt, wenn
sie vorgeschoben ist, oder den Kanal offenläßt, wenn sie
zurückgeschoben ist. Ein einfaches Drosselventil oder
ähnliches kann ebenso verwendet werden. Ein Leitblech 25 über dem
oberen Ende des Kanals verhindert, daß Trümmer oder Wasser
in den Kanal eindringen. Ein Winkelstück am oberen Ende des
Kanals kann dem selben Zwecke dienen.
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Während normalem Betrieb des Erdbettreaktor-Luftreinigers
ist das Ventil am oberen Ende des Kanals verschlossen und
Luft wird nach unten durch beide Erdschichten gesogen und in
den Raum abgegeben. Mikroorganismen in der Erde, die von der
Luft passiert werden, beseitigen wirksam Verunreinigungen
aus der Luft.
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Beim Auftreten von hohen Konzentrationen von Partikeln oder
Aerosolen, wie z.B Zigarettenrauch in dem Raum, kann das
Bypass-Ventil 24 geöffnet werden, dabei wird dem Gebläse
ermöglicht, Luft aus dem Luftzwischenraum zwischen den
Erdschichten abzusaugen. Wenn das Ventil geöffnet ist, wird
Luft durch die dünnere obere Erdschicht gesogen und wenig,
wenn gar keine Luft, wird durch die dickere Erdschicht
gesogen. Dieses erhöht nennenswert den Volumenstrom der Luft
durch die Erdschicht zum schnellen Beseitigen von Partikeln
durch die dünnere "Filter"-Schicht.
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Höchst wirksame Partikelbeseitigung kann erreicht werden.
Zum Beispiel, ist es berechnet worden, daß für einen
"durchschnittlich" großen Raum mit einem Innenvolumen von
32,5 m³, 98% der Partikel, wie z.B Zigarettenrauch, aus der
Raumluft in 1 Stunde bei einem Volumenstrom von 2,12 m³/min
durch die Erdschicht beseitigt werden. Dieser Volumenstrom
kann erreicht werden durch eine 10 cm dicke Schicht aus
Blumenerde bei einem Druckabfall von ca. 6 mbar. Solch ein
Volumenstrom ist durch ein Gebläse bereitgestellt, das durch
einen 40 W Motor (ungefähr 1/20 PS) angetrieben ist.
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Die Durchlässigkeit der Erde variiert abhängig von der Art
der verwendeten Erde beträchtlich. Der Druckabfall für einen
gegebenen Volumenstrom durch eine typische Blumenerde kann
ca. die 1- bis 1,5-fache Größenordnung größer als der
Druckabfall durch eine vergleichbare Dicke von gemulchtem
Torfmoos beim selben Volumenstrom sein. Der Erdbettreaktor in
dem Luftreiniger weist etwas gemischte
Durchlässigkeitsvoraussetzungen
auf. Es ist wünschenswert, daß mindestens der
obere Bereich der Erde in dem Luftreiniger eine ausreichende
Dichte zum sicheren Halten der Pflanzenwurzeln bereitstellt.
Eine weniger dichte Erde kann in dem unteren Bereich
verwendet werden, um die Gebläseleistungserfordernisse zu
verringern. Deshalb kann z.B. ein unterer Bereich der Erde
gemulchtes Torfmoos sein und eine obere Erdschicht kann mehr
übliche Blumenerde sein.
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Es kann ebenso wünschenswert sein, zwei unterschiedliche
Erdarten in dem Luftreiniger zum Verbessern des
Verunreinigungsbereichs, der durch die Erde beseitigt wird,
einzusetzen. Es gibt einige Anzeichen, daß saure Erdarten besser
sind für Kohlenmonoxidbeseitigung als alkalische Erdarten.
Auf der anderen Seite, werden alkalische Erdarten zum
Beseitigen von sauren Gasen benötigt, wie z.B Schwefeldioxid
oder NOx. Deshalb können getrennte Schichten aus sauren und
alkalischen Erdarten eingesetzt werden. Allgemein gesagt,
tendiert das Wasser, das zum Bewässern des Erdbettreaktors
verwendet wird, dazu, alkalisch zu sein. Deshalb kann das
Bereitstellen einer sauren Erdart in einem Bereich des
Luftreinigers gelegentliches Nachfüllen von saurer Erde oder
Ersetzen eines Teils der Erde erfordern. Es ist auf keinem
Fall sicher, daß saure Erdarten besser sind zur
Kohlenmonoxidbeseitigung und umsomehr typisch alkalische Zustände
in der Erde können über die Dicke des Betts bereitgestellt
werden.
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Fig. 2 veranschaulicht beispielhafte Volumenströme für eine
spezifische Ausführungsform des Luftreinigers. Kurve A ist
eine sogenannte Gebläsekurve, die den Luftvolumenstrom in
Kubikmetern pro Minute angibt, welcher durch ein Gebläse bei
einem bestimmten Druckabfall in Millibar bereitgestellt
wird. Solche Gebläsekurven werden üblicherweise durch
Gebläsehersteller bereitgestellt. Die gezeigte Kurve ist für ein
Gebläse, das durch einen 40 W Motor angetrieben ist.
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Kurve B zeigt den Druckabfall durch eine 10 cm dicke Schicht
einer exemplarischen Blumenerde als eine Funktion des
Luftvolumenstroms. Die Schnittpunkte einer solchen Kurve mit der
Gebläsekurve zeigen den Volumenstrom und Druckabfall für
einen Rauinluftreiniger an, der einen Erdbettreaktor mit solch
einer Blumenerde verwendet. Wie durch das obige Beispiel
vorgeschlagen, schneidet die Bettvolumenstromkurve die
Gebläsekurve bei einem Luftvolumenstrom von 2,12 m³/min.
Dieses korrespondiert mit dem Strom durch die dünnere
Erdschicht, wenn das Kanalventil 24 offen ist.
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Kurve C zeigt den Druckabfall als eine Funktion des
Volumenstroms durch 45 cm vollständige Dicke einer typischen
Blumenerde. Dieses ist ungefähr typisch für einen Strom durch
den Luftreiniger, wenn das Kanalventil geschlossen ist und
Luft aus dem unteren Sammelraum gesogen wird. Diese Kurve
schneidet die Gebläsekurve bei einem Volumenstrom von ca.
0,82 m³/min. Dieses war kalkuliert worden für einen
Luftreiniger mit einer horizontalen Fläche von ca. 0,28 qm. Deshalb
beträgt der Volumenstrom ca. 3 m³/min pro Quadratmeter
Erdbettfläche.
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In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die
scheinbare Verweilzeit der Luft in der Erde im Bereich von 10 s
(auf diese wird Bezug genommen als scheinbare Verweilzeit,
weil die Porosität der Erde nicht in Betracht genommen
wurde, und die wahre Verweilzeit geringer ist, abhängig von
der Erdporosität). Es wird geschätzt, daß die minimale
scheinbare Verweilzeit zum wirksamen Beseitigen von
Verunreinigungen durch Mikroorganismen im Bereich von 5 s liegt.
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Es gibt keinen klar definierten oberen Grenzwert der
Verweilzeit der Luft in der Erde. Jedoch sind ein paar
beschränkende Parameter erkennbar. Die Verweilzeit muß kurz
genug sein, so daß aerobe Zustände bereitgestellt sind in
der Erde für das Umwandeln der Verunreinigung durch aerobe
Organismen. In einem Luftreiniger, der Innen verwendet wird,
gibt es praktische Grenzen bezüglich der Raumfläche, die dem
Luftreiniger zugeordnet ist. Unter diesen Umständen bedeutet
eine lange Verweilzeit einen relativ kleinen
Beseitigungswirkungsgrad für die Verunreinigungen aus der Luft in dem
Raum, weil das gesamte Luftvolumen, das durch das Erdbett
transportiert wird, gering ist. Es ist wünschenswert, das
Luftvolumen in dem Raum durch den Luftreiniger in der
Größenordnung von zweimal die Stunde für mehr oder weniger
normale Verunreinigungsgrade in dem Raum auszutauschen.
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Es ist ebenso wünschenswert eine relativ lange Verweilzeit,
z.B. einen relativ niedrigen Volumenstrom zum Verringern des
Austrocknens der Erde zu haben. Deshalb werden in einer
exemplarischen Ausführungsform mit einem Volumenstrom von 3 m³
Luftstrom pro Minute pro Meter Bettfläche ca. 14 bis 15 1
Wasser pro Quadratmeter der Bettfläche pro Tag benötigt.
Diese Anwendung von Wasser zum Bereitstellen eines feuchten
Erdbetts wurde in einer trockenen Gegend mit niedriger
relativer Luftfeuchtigkeit vorgenommen. Die benötigte
Wassermenge ist einfach zu berechnen aus dem Volumenstrom und der
Beobachtung, daß Luft, die aus dem unteren Bereich des Betts
gesogen wird, im wesentlichen mit Wasserdampf gesättigt ist.
Es kann festgestellt werden, daß keine übermäßige
Austrocknung in dem oberen Bereich des Betts auftritt, weil der
Kapillarvolumenstrom des Wassers in dem Bett ausreicht, um
die Verdampfung auszugleichen. Es besteht jedoch eine
Neigung, daß sich Ablagerungen von alkalischen Salzen auf dem
oberen Bereich des Bettes ansammeln, und es ist
wünschenswert, gelegentlich diese Erde zu entfernen oder zu ersetzen.
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Gelegentlicher Erdaustausch in dem Luftreiniger ist auf
jeden Fall wünschenswert, weil die Mikroorganismen ebenso dazu
neigen, organisches Material in der Erde zu zersetzen und
Anhäufungen von mineralischen Körnern zu verursachen, welche
die Erddurchlässigkeit herabsetzen. Schwere
Partikelbelastungen, die aus der Luft durch die Filtertätigkeit der Erde
beseitigt werden, neigen dazu, die Erdporosität in dem Maße
zu verringern, als Partikel nicht organisches Material sind,
die von den Mikroorganismen zersetzt werden. Solche
Änderungen können unzulässig den Druckabfall durch den
Erdbettreaktor erhöhen.
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Verschiedene Verunreinigungen in der Luft werden mit
variierender Wirksamkeit beseitigt. Wie zuvor aufgezeigt, werden
saure Gase in alkalischen Erdarten schnell beseitigt.
Kohlenmonoxid wird ebenso schnell beseitigt, welches eine
Kombination von mikrobischer Tätigkeit und katalytischer
Oxidation miteinbinden kann. Eine Reihe von organischen Stoffen
werden schnell beseitigt. Methan ist ziemlich hartnäckig und
wird langsam beseitigt.
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Es sollte ebenso festgestellt werden, daß die
Beseitigungsgrade dazu neigen gut zu sein, wenn die Luftzusammensetzung
über lange Zeiträume ziemlich gleichmäßig ist. Dieses
unterstützt die Bereitstellung von geeigneter Flora von
Mikroorganismen, welche wirksam die Verunreinigungen zersetzen, die
gleichmäßig verteilt in der Luft vorhanden sind. Da könnte
es Zeiten geben, wenn ungewöhnliche Konzentrationen von
spezifischen Verunreinigungen in der Luft nicht schnell
beseitigt werden können, weil die Organismen in der Erde nicht
die notwendige Fähigkeit besitzen, solche Stoffe zu
zersetzen.
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Zum Beispiel könnte in einem Raum, wo Formaldehyd
gleichmäßig aufgrund von Ausgasen von geschäumter Isolierung
vorhanden sein kann, eine Kultur von Mikroorganismen in das
Erdbett eingesetzt werden, welche wirksam im Beseitigen solcher
Stoffe ist. Auf der anderen Seite, wenn Formaldehyd in einem
Raum eingebracht wird, wo es normalerweise nicht vorhanden
ist, kann dort weniger wirksame Beseitigung spürbar sein.
Einiges von dem Formaldehyd kann an feuchten Erdpartikeln
adsorbiert werden und einige von den Mikroorganismen können
das Formaldehyd angreifen, jedoch kann der
Beseitigungswirkungsgrad niedrig sein, bis eine geeignete Kultur von
Mikroorganismen
sich Stark vermehrt hat. Dieses ist ein Vorteil
eines Erdbettreaktor-Luftreinigers, weil die Mikroorganismen
sich entwickeln können, um eine Kultur bereitzustellen,
welche wirksam ist bei Verunreinigungen, welche natürlich in
der Innenraum-Umwelt auftreten, in welcher die Vorrichtung
verwendet wird.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiei eines
Raumluftreinigers, der gemäß der Prinzipien dieser Erfindung
konstruiert wurde. Weil viele der Teile dieser
Ausführungsform ähnlich sind mit der Ausführungsform, wie oben
beschrieben und in Fig. 1 dargestellt, werden ähnliche Teile
mit ähnlichen Bezugszeichen unter Hinzuzählen von 100
gekennzeichnet. Deshalb, z.B., ist in der Ausführungsform der
Fig. 1 das Erdbett in einem Container 10 angeordnet, und der
ähnliche Container in Fig. 3 ist durch die Bezugsziffer 110
gekennzeichnet.
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In dieser Ausführungsform ist die obere Schicht der Erde 117
relativ dick, z.B. 40 bis 50 cm, und die untere Erdschicht
114 ist relativ dünn, z.B. 10 bis 15 cm. Der Kanal 118, der
zu dem Gebläse 119 führt, erstreckt sich nur in den unteren
Sammelraum 113.
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Anstelle eines Ventils sind ein oder mehrere abgedeckte
Lüftungsöffnungen durch die Wand des Containers in den
Luftzwischenraum 123 zwischen den beiden Erdschichten
bereitgestellt. Während normalen Betriebs sind die Abdeckungen an
den Lüftungsöffnungen geschlossen und die Luft wird durch
beide Erdschichten in den unteren Luftsammelraum 113 zum
Abgeben durch das Gebläse 119, wie weiter oben beschrieben,
gesogen. Im Falle, daß es gewünscht ist, Partikel schnell zu
beseitigen, können die Lüftungsöffnungen geöffnet werden, um
dabei die obere Erdschicht zu umgehen und Raumluft direkt
durch die untere, relativ dünnere Erdschicht zu saugen.
Außer dieser Tatsache, wird dieser Luftreiniger in ziemlich
gleicher Weise wie der weiter oben beschriebene und in
Fig. 1 dargestellte Reiniger verwendet.
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Eine Ausführungsform mit einer relativ dickeren Erdschicht
am oberen Ende und einer relativ dünneren unteren Schicht
können erwünscht sein, wenn die Pflanzen, die in dem
Luftreiniger wachsen relativ tiefe Wurzeln aufweisen. Die
dickere Schicht ist ebensowenig anfällig für Austrocknung
als die dünnere Schicht, wenn sie am oberen Bereich des
Reinigers angeordnet ist, und kann mögliche
Pflanzendehydrierung verhindern, wenn die Einheit gelegentlich als
Partikelfilter verwendet werden muß.
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Wenn erwünscht, können Feuchtigkeitssensoren in dem
Luftreiniger zum Sicherstellen, daß das Erdbett feucht bleibt,
verwendet werden. Beide, elektronische oder chemische
Feuchtigkeitssensoren können verwendet werden. Zum Beispiel kann die
Erdleitfähigkeit gemessen werden und zur Anzeige des
Wassergehalts verwendet werden. Wenn gewünscht, kann anstelle von
lediglichem Messen der Erdfeuchtigkeit eine elektronische
Sensorik zum gesteuerten Hinzufügen von Wasser in das
Erdbett in dem Luftreiniger eingesetzt werden.
Tropfenbewässerung kann ebenso verwendet werden.
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Bei einem weiteren Beispiel könnte ein poröser Stein, der
mit Kobaltchlorid imprägniert ist, einen Farbwechsel in dem
Falle aufweisen, wenn die Erdschichten trocken werden. Es
ist bevorzugt einen Sensor zu verwenden, der Erdfeuchtigkeit
etwas früher anzeigt als einen "zu trockenen" Zustand.
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Andere Farbindikatoren können ebenso zum Anzeigen des
Erdzustands verwendet werden. Zum Beispiel kann ein poröser
Stein, der mit Phenolphthalein imprägniert ist, an der
Oberfläche der Erdschicht bereitgestellt werden, um den Säure-
oder Alkaligehalt der Erde anzuzeigen. Solche Indikatoren
können zur sichtbaren Anleitung des Benutzers bezüglich des
Hinzufügens von neutralisierenden Wirkstoffen, Nährstoffen
oder ähnlichem verwendet werden.
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Obwohl einschränkende Ausführungsformen eines
Raumluftreinigers beschrieben und hierin gezeigt wurden, werden viele
Modifikationen einem Fachmann ersichtlich werden. In solch
einem Ausführungsbeispiel, können weiterhin zwei
unterschiedliche Erdarten verwendet werden, um ein starkes Fundament
für Pflanzenwurzeln nahe der Oberfläche und eine Erde mit
größerer Porosität nahe des unteren Bereichs der Schicht zum
Herabsetzen des Druckabfalls bereitgestellt werden. Ebenso
können, wenn gewünscht, ein oder mehrere Erdschichten in
Einsätzen angeordnet sein, welche eng in dem Container zur
Verringerung des Vorbeiführens von Luft hineinpassen. Dieses
ermöglicht den Erdeinsätzen entfernt zu werden, wenn es zum
Austauschen, Kultivieren, chemischen Behandeln oder
ähnlichem gewünscht ist. Solch eine Anordnung kann z.B
wünschenswert sein, wo der Reiniger in einem Innenraum
verwendet wird, in dem Pflanzen, die in der unteren Erdschicht
wachsen, nicht gedeihen können. Erdeinsätze oberer Höhe mit
wachsenden Pflanzen können zwischen innerer und äußerer
Plazierung zum Bereitstellen von gesundem Pflanzenwachstum
gedreht werden.
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Der Raumluftreiniger kann kontinuierlich arbeiten oder, wenn
gewünscht, kann eine Zeitschaltuhr zum periodischen
Betreiben des Reinigers verwendet werden. Ein lichtempfindlicher
Sensor kann zum Betreiben des Luftreinigers während des
Tages oder, wenn die Lichter im Raum an sind, verwendet
werden.
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Eine Reihe von anderen physikalischen Aufbauten des
Reinigers können ebenso eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein
Gebläse auf einer Seite des Containers angebracht sein und
Luft von einer Seite des unteren Sammelraums absaugen, so
daß ein Ständer, der den Container anhebt, nicht
erforderlich ist. In solch einer Ausführungsform können Kanäle
zwischen dem Gebläse und beiden, dem unteren Sammelraum und dem
zwischenliegenden Luftzwischenraum, bereitgestelt werden.
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Dann kann eine einfache Ablenkplatte die Ansaugung zwischen
den beiden Kanälen zum normalen Betrieb mit Luft, die durch
beide Erdschichten gesogen wird, oder zum Betrieb in dem
Partikel-Filterbetrieb mit hohem Volumenstrom umgeschaltet
werden.
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Anstelle einen offenen Luftsammelraum am Boden des
Containers oder einen völlig geöffneten Luftzwischenraum in der
Mitte aufzuweisen, kann ein vergrabenes Verbundnetz von
perforierten Rohren oder ähnlichem bereitgestellt sein, durch
welches Luft abgesogen wird. Es ist wünschenswert, solche
Rohre in relativ groben Kies oder ähnlichem zu vergraben, um
mögliches Verstopfen zu minimieren.
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Diese und andere Modifikationen und Variationen werden einem
Fachmann ersichtlich werden. Deshalb ist es zu verstehen,
daß innerhalb des Bereichs der angehängten Ansprüche, die
Erfindung anders ausgeführt werden kann als speziell
beschrieben.