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WO2020104144A1 - Stationary ambient air cleaning device and operating method - Google Patents

Stationary ambient air cleaning device and operating method

Info

Publication number
WO2020104144A1
WO2020104144A1 PCT/EP2019/079465 EP2019079465W WO2020104144A1 WO 2020104144 A1 WO2020104144 A1 WO 2020104144A1 EP 2019079465 W EP2019079465 W EP 2019079465W WO 2020104144 A1 WO2020104144 A1 WO 2020104144A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ambient air
activated carbon
layer
cleaning device
filter
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/079465
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Hitzke
Gunnar-Marcel Klein
Martin Klein
Volkmar Chowanietz
Florian Keller
Tobias WARTH
Maximilian Bauch
Original Assignee
Mann+Hummel Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mann+Hummel Gmbh filed Critical Mann+Hummel Gmbh
Publication of WO2020104144A1 publication Critical patent/WO2020104144A1/en

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    • Y02A50/2351—Atmospheric particulate matter [PM], e.g. carbon smoke microparticles, smog, aerosol particles, dust

Definitions

  • the invention relates to a stationary ambient air cleaning device and an operating method for this Be.
  • ambient air purifiers for separating air pollutants.
  • Such devices usually have a flow-through housing with an inlet and an outlet, in which a fan and a filter are arranged, which filters can be classic filter elements made of porous and air-permeable filter media and / or electrical separators .
  • the ambient air purifiers are advantageously set up in locations with locally increased pollutant concentrations, such as outdoors and indoors, tunnels, underground train stations, bus stops etc.
  • Ambient air purifiers that primarily address fine dust are known, for example, from DE 20 2016 102 373 U1 in the form of an advertising column or FR 27 87 175 A.
  • the invention has for its object to provide an improved ambient air purification device which is characterized by its ability to effectively separate both fine dust (in particular PM10) and harmful gases, in particular nitrogen oxides, from the air and are operated here in a particularly energy-efficient manner can.
  • the stationary ambient air cleaning device is designed to remove dusts, in particular particulate matter, and harmful gases, in particular nitrogen oxides, from the ambient air and has a housing with at least one flow inlet opening and at least one flow outlet opening.
  • a fil terelement is arranged between the flow inlet opening and the flow outlet opening.
  • the latter has an air flow generating device which is designed to generate an air flow from the flow inlet opening through the filter element to the flow outlet opening, the filter element having at least one filter bellows made of a folded combination filter medium which at least least has a particle filter layer and at least one activated carbon layer, which is arranged on the particle filter layer, the activated carbon layer comprising activated carbon particles made of an activated carbon material.
  • the activated carbon layer has a basis weight of 200 to 1200 g / m 2 and the combination filter medium is electrostatically charged and the particle filter layer of the combination filter medium has an air permeability at 200 Pa of at least 300 l / m 2 s.
  • the lower limit for the weight per unit area of the activated carbon layer is preferably 350 g / m 2 .
  • the air permeability of the particle filter position of the combination filter medium at 200 Pa is at least 800 l / m 2 s, more preferably at least 1500 l / m 2 s. An even lower pressure loss can be achieved, while due to the electret properties of the combination filter medium, a good separation performance can be achieved.
  • the power requirement that would be required to achieve a combined PM10 and N02 reduction would be well above 300 W per V-cell filter module using the technology described above with high-separation filter media with low air permeability, since additional flow power is required in order to promote the flow through an activated carbon layer provided for the adsorption of NO2.
  • the additional pressure loss when using a combination medium consisting of a highly separable particle filter layer (e.g. with PM10 separation> 80%) and activated carbon layer results from the additional pressure loss when flowing through the activated carbon filter layer and the increased filter surface load due to the necessary reduction in the number of folds.
  • the number of folds in a combination filter medium with a filter medium thickness more than doubled must be reduced by approximately 50%.
  • the operation of the above-mentioned V-cell filter module would result in a power requirement of approx. 800 W (2 x (300 W + 100 W for activated carbon layer)).
  • a comparatively “open” particle filter medium air permeability> 300 l / m2 h at 200 Pa, in particular> 800 l / m 2 s, preferably even> 1500 l / m 2 s
  • this can be reduced to approx. 1/3 of the above value and the power requirement for operating a V-cell filter module can be reduced by 50% to approx. 400 W (2 x (100 W for particle filter layer + 100 W for activated carbon layer) ).
  • the solution according to the invention now uses the time behavior of the fraction separation efficiency of the electrostatically acting particle filter layer (electret filter layer) in conjunction with the gas breakthrough characteristic of the activated carbon filter layer. Due to the significantly shorter service intervals of the activated carbon filter layer compared to pure particulate matter separation, the electret filter layer is always operated in the optimal functional range in which the initial electrostatic separation effect is largely preserved and a PM10 separation> 80% is guaranteed.
  • the ambient air purification device according to the invention is intended to be installed in the public exterior or interior, for example at inner-city pollutant hotspots, in particular in the immediate vicinity of a driveway.
  • the air permeability of the particle filter layer is at least 2000 l / m 2 s at 200 Pa, and even higher values are most preferred.
  • the weight per unit area of the activated carbon layer a range between 200 and 1200 g / m 2 is considered to be technically expedient, since there is an advantageous ratio between the pressure loss and the available adsorption capacity.
  • the resulting thickness of the combi filter medium for an activated carbon layer with a basis weight specified here and a particle filter layer with an air permeability specified here is approximately 1.5 to 3.5 mm.
  • the resulting basis weight of the combination filter medium (including activated carbon) will be in a range between 400 and 1200 g / m 2 .
  • Filter media that have both a particle filtration function and an adsorption function are commonly referred to as combination filter media.
  • the activated carbon particles are preferably immobilized with respect to the particle filter layer, for example by hot melt adhesive threads, which are applied as a thin network during the production of the combination filter medium.
  • the activated carbon layer itself can preferably also have a plurality of different activated carbons, each of which can have a different target gas spectrum.
  • impregnated activated carbons can be used, preferably basic impregnated activated carbons.
  • impregnated activated carbon types with non-impregnated, steam-activated standard carbons can also be mixed in one layer or these are applied in adjacent layers.
  • the raw material of the activated carbons are mostly coconut shells, which are Tube furnace or in a fluidized bed reactor can be steam activated.
  • Possible impregnating agents, depending on the target gas spectrum are, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and / or potassium carbonate.
  • the amount of active carbon provided in the activated carbon layer can be designed such that its adsorption capacity for a predetermined harmful gas, in particular a nitrogen oxide, is exhausted at a predetermined concentration of harmful gas in the ambient air before the separation effect caused by the electrostatic charge of the combination filter medium has an effect falls below the predetermined threshold value, the predetermined threshold value being in particular at least 50% of the original separation performance in the new state for NaCl particles of the fraction 0.3 pm at 0.2 m / s according to DIN71460-1 after an operating period of 4 weeks or alternatively an ePM10 Efficiency according to ISO16890 of at least 50% compared to the new condition.
  • a predetermined harmful gas in particular a nitrogen oxide
  • the activated carbon material can have a NO x adsorption capacity after 3 hours, in particular with a sample quantity of 1 g and a volume flow of 12 l / min, according to ISO 1115-2 at 30 ppm NO x concentration Have 20 and 200 mg / g, in particular between 50 to 150 mg / g.
  • test gas concentration of 30 ppm is deliberately chosen to be high in order to be able to determine the adsorption capacity of the activated carbon in an economically justifiable period of time under laboratory conditions. At concentrations of around 50 ppb that typically occur for heavily used traffic-related areas, this would result in a multiple of the measurement time until the saturation capacity is reached, which is to be expected at the concentration mentioned, in particular in the range of 10-100 mg / g, since with lower NO x - Partial pressure in the test gas reduces the saturation capacity of the activated carbon, but the gas breakthrough is lower compared to a higher gas concentration.
  • the filter element is a V-cell element which has at least six, preferably at least eight, filter bellows arranged in a V-shape relative to one another (the individual V-cells), which are held in particular by a common frame .
  • This filter element configuration has proven to be particularly advantageous for use in a stationary ambient air cleaning device, since a particularly large filter area can be accommodated with a small inflow area cross section.
  • the filter area of a single bellows can be about 0.5 to 2.5 m 2 , preferably 1 to 1, 6 m 2 , so that with eight individual bellows filter areas of the device between 4 and 20 m 2 result.
  • the dimensions of the individual filter bellows of the V-cell element can be designed as follows, for example:
  • Pleat height 20 - 50 mm
  • the combination filter medium can have at least one further layer, which is arranged in particular on a side of the activated carbon layer facing away from the particle filter layer.
  • the further layer can in particular be a carrier layer with respect to which the activated carbon particles of the activated carbon layer are immobilized; this can be done by hot melt adhesive threads, which are applied as a thin network during the production of the combination filter medium.
  • the carrier layer can in particular have an air permeability at 200 Pa of greater than 3000 l / m 2 s and / or a weight per unit area between 25 g / m 2 and 75 g / m 2 . According to the invention, the air permeability of the carrier layer is greater than the air permeability of the particle filter layer.
  • the carrier layer is preferably arranged on the upstream side, so that a certain pre-separation results even before the air flow reaches the activated carbon and the particle filter layer, which can help to increase the service life in the particle filter layer or to maintain its electrostatic charge for longer , in particular since water droplets which are harmful to the electrostatic charge are also retained in the carrier layer.
  • the backing layer can be very air-permeable spin-laid media and / or spunbonded nonwovens.
  • the particle filter layer can comprise a spunbonded nonwoven material, in particular polyethylene terephthalate or polypropylene spunbonded nonwoven material, and / or a needled nonwoven material, in particular a polypropylene or polyethylene terephthalate needled nonwoven, and / or a meltblown layer and / or a multicomponent fiber material , in particular with bicomponent fibers with a polypropylene / polyacrylonitrile component.
  • a spunbonded nonwoven material in particular polyethylene terephthalate or polypropylene spunbonded nonwoven material
  • a needled nonwoven material in particular a polypropylene or polyethylene terephthalate needled nonwoven
  • meltblown layer and / or a multicomponent fiber material in particular with bicomponent fibers with a polypropylene / polyacrylonitrile component.
  • electrostatically charged particle filter layer (electret filter layer) can be constructed as follows:
  • the activated carbon particles of the activated carbon material can have a grain size of 10 to 80 mesh, in particular 30 to 60 mesh, and / or the activated carbon material can have a BET surface area of 500 to 1500 m 2 / g.
  • the ambient air purification device can have a control device which is set up to influence an operating state of the air flow generating device at least depending on a precipitation parameter of the surroundings, in particular to switch it off when it rains. It is known that under the influence The electrostatic charge of filter media suffers from moisture and discharges faster. In order to be able to maintain the electrostatic separation effect for longer, it is now preferably provided to switch off the air flow generating device when it rains and / or exceeds a predetermined relative limit air humidity or at least to reduce its performance.
  • the precipitation parameter can be obtained from a precipitation sensor (rain sensor) of the ambient air cleaning device itself or else using weather data that are provided, for example, via mobile data networks.
  • the combination filter medium can have at least one further layer which is designed as an antimicrobial and / or anti-allergenic layer and which has at least one antimicrobial and / or anti-allergenic substance. This measure allows the ambient air quality to be improved in another important aspect.
  • the antimicrobial, in particular antibacterial or biocidal, substance protects the filter medium or parts or layers of the same from the fact that this or these by microorganisms such.
  • the anti-allergenic substance can, for example, render the finest pollen particles and other allergens, which cannot always be completely retained by the filter medium, at least partially harmless to the human body or its immune system.
  • Zinc pyrithione in particular can serve as the antimicrobial substance.
  • octa-isothiazolone can be used as an antimicrobial.
  • the second filter layer can also contain antimicrobial substances based on nanosilver.
  • the second filter layer can also contain antimicrobial metals and metal compounds, in particular silver, copper and aluminum compounds and / or 2-bromo-2-nitropropane-1, 3-diol, further isothiazoline compounds, benzoic acid and its derivatives, benzalkonium halides, water-soluble coenzymes, oil-soluble ones Contain coenzymes, plant extracts, antibiotics, biocidal metals, aliphatic and / or aromatic fatty acids and / or quaternary surfactants as antimicrobial substances.
  • polyphenols such as catechins, tannides or flavonoids
  • coffee acid, gallic acid, ellagic acid, tannic acid, cyanidine, procyanidin, proanthocyanidins, rutin, quercitin, resveratol can be used.
  • Polyphenols preferentially bind anti-allergenic substances so that the allergic effect can be reduced. Allergenic pollen is denatured, for example, by poly phenols.
  • the anti-allergenic substance can also have anti-allergenic enzymes. Antiallergenic enzymes preferably break down allergenic proteins into smaller, harmless components.
  • the still further filter layer itself can be constructed in several layers. In the order of the flow z. B. on the antimicrobial filter layer an anti-allergenic filter layer follow. Alternatively, the antimicrobial and anti-allergenic substances can also be provided in the same position.
  • the particle filter layer can furthermore have a NaCI efficiency according to DIN71460-1 at 0.2 m / s of 15 to 99%, in particular 20 to 80%.
  • the particle filter layer can have the following filtration parameters in the non-discharged state: ePM1 efficiency according to ISO 16890: 30 - 99%
  • Dust storage capacity ISO Fine A2 dust at + 50Pa.
  • DIN71460-1 10 - 80 g / m 2 , especially 20 - 60 g / m 2 .
  • Another aspect of the invention relates to an operating method of a stationary ambient air cleaning device with the following steps:
  • step b) performing step a) until the adsorption capacity of the activated carbon material in the activated carbon layer for the predetermined harmful gas is exhausted at a predetermined harmful gas concentration in the environment, but before the separation effect caused by the electrostatic charge of the combination filter medium falls below a predetermined threshold value, thereby reaching a design service interval,
  • step c) Replacing the filter element loaded from step b) with a new filter element with unused filter capacity.
  • the design service interval can range from 2 d to 200 d. Its specific value depends primarily on a basis weight of activated carbon set in the specific device and the amount of air passed through the ambient air cleaning device.
  • an appropriate optimization of the filter element, in particular the combi filter medium also enables economic optimization with regard to the total operating costs, including maintenance costs.
  • a filter element of the device according to the invention with a Kombifilterme medium with an example assumed area weight of the activated carbon layer of 1000 g / m 2 and a total filter area of 36 m 2 (what a use of several V-cell elements described here, each with eight filter bellows is a realistic value) there is a total active carbon mass in the ambient air cleaning device of
  • FIG. 1 is an isometric view of an ambient air cleaning device arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a side view of the ambient air cleaning device arrangement according to the invention with a view into the interior of the housing;
  • Figure 3 is an isometric view of an ambient air cleaning device according to the invention with a view into the interior of the housing.
  • an ambient air cleaning device arrangement 100 is shown in an isometric view. It has three ambient air cleaning devices 10 arranged one above the other, which are stacked at a predetermined distance 102 from one another.
  • the ambient air cleaning device arrangement 100 also permits a different arrangement of the cube-shaped surrounding air cleaning devices 10, for example next to one another.
  • Each of the ambient air cleaning devices 10 is a functionally independent functional ambient air cleaner, ie has a filter element, a blower and associated air inlet and air outlet openings.
  • the ambient air cleaning device arrangement 100 has a base 106 with which it can be fastened in a mounting arrangement on a foundation, for example made of concrete.
  • the total height of the device can be 1.5 to 6 m.
  • the outer visible surfaces of the housing 1 of the individual ambient air cleaning devices 10 are formed by outer housing elements 181, which are plate-shaped and can be individually exchangeable.
  • the housing 1 is constructed with two shells, it having an inner housing 19 and an outer housing 18.
  • the inner housing 19 is designed as a func tion housing, in which the air flow generating device 17 and the filter element 13 are arranged and which has the air inlet opening 20 and the air outlet opening 11.
  • the filter element 13 is flowed through in suction operation and has a pre-filter fleece 15 on the inflow side, which is fastened by means of a frame 14.
  • the fluff filter element is a V-filter element consisting of 8 individual bellows. Alternatively, the flaupt filter element can also be a single bellows.
  • the filter element 13 has a combination filter medium which has at least one particle filter layer and at least one activated carbon layer with activated carbon particles from an activated carbon medium.
  • the activated carbon layer has a basis weight of 200 to 1200 g / m 2 and the combination filter medium is electrostatically charged and the particle filter layer of the combination filter medium has an air permeability at 200 Pa of at least 1500 l / m 2 s according to this embodiment. Far higher values are also possible for the air permeability.
  • the invention is not limited to this, but also detects combination filter media with an air permeability in the particle filter layer of at least 300 l / m 2 s.
  • the solution according to the invention now uses the time behavior of the fraction separation efficiency of the electrostatically acting particle filter layer (electret filter layer) in conjunction with the gas breakthrough characteristic of the activated carbon filter layer.
  • the electret filter layer Due to the significantly shorter service intervals of the activated carbon filter layer (compared to pure particulate matter separation) (see example calculation above), the electret filter layer is always operated in the optimal functional range, in which the initial electrostatic separation effect is largely preserved and PM10 separation> 80% is guaranteed .
  • the air flow generating device 17 is a Radialge blower 17, which has a flow guide 16 on the suction side for acoustic reasons.
  • axial fans can be used if they match the system characteristic in a specific case.
  • the inner housing 19 provides a flow channel 192, which widens in the direction of flow S behind the air flow generating device 17 in order to reduce the flow speed, which is indicated in the figure by the flow arrows S. Between the inner housing 19 and the outer housing 18 there is a gap 191, which protects the system technology arranged in the inner housing 19 from damage caused by van dalism mechanical effects by providing a deformation space for the outer shell.
  • the airflow generating device 17 is driven by an electric motor, for which purpose the ambient air cleaning device arrangement 100 has a power connection 103 which is present on a side wall 104 of the base 106 and can be connected in a mounting arrangement to a supply line.
  • a pollutant sensor 12 in particular a particulate matter sensor 12 for measuring PM2.5 and PM10, is arranged, by means of which at least one air quality measurement value at the air inlet opening 20 can be detected.
  • the inner housing 19 and the outer housing 18 are connected in the present case by means of an inner lattice structure 21, via which the housing rigidity is essentially provided.
  • Fig. 3 shows an ambient air purification device 10, which speaks ent shown in Fig. 2, in an isometric view, the spatial arrangement of the inner components of the device is better recognizable. For this purpose, the walls of both the inner housing 19 and the outer housing 18 are partially hidden.
  • the Stammergekoru se institute 181 can be designed as a door on the lattice structure 21 mounted on door hinges and provided with a lock through which the nonwoven fabric and the (main) filter element 13 are accessible with the filter bellows made of combination filter medium and can be replaced.

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Abstract

The invention relates to a stationary ambient air cleaning device (10) which is designed for removing dust, in particular particulate matter, and harmful gases, in particular nitrogen oxides, out of the ambient air. The ambient air cleaning device (10) comprises a housing (1) having at least one flow inlet opening (20) and at least one flow outlet opening (11) and at least one filter element (13) arranged between the flow inlet opening (20) and the flow outlet opening (11), as well as a air flow generation device (17) which is designed to generate an air flow from the flow inlet opening (20), through the filter element (13), to the flow outlet opening (11). The filter element (13) comprises at least one filter bellows formed by a folded combination filter medium, having at least one particle filter layer and at least one activated carbon layer, which is arranged on the particle filter layer, wherein the activated carbon layer has activated carbon particles made of an activated carbon material. The activated carbon layer has a weight per unit area of 200 to 1200g/m² and the combination filter medium, in particular the particle filter layer, is electrostatically charged. In addition, the particle filter layer of the combination filter medium has an air permeability of at least 300 l/m²s, in particular at least 1500 l/m²s, at 200 Pa. The invention also relates to an operating method for the ambient air cleaning device.

Description

Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung und  Stationary ambient air purification device and
Betriebsverfahren  Operating procedures
Technisches Gebiet  Technical field
Die Erfindung betrifft eine stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung und ein Be triebsverfahren für diese.  The invention relates to a stationary ambient air cleaning device and an operating method for this Be.
Stand der Technik State of the art
Weltweit besteht in vielen Ballungszentren das Problem, dass die Umgebungsluft durch Industrieabgase, den Straßenverkehr und private Feuerstätten vor allem bei widrigen Wetterlagen (kein Regen, Inversion, geringe Windgeschwindigkeiten, kein Luftaustausch zwischen Höhenschichten) Grenzwerte für Feinstaub und/oder Schadgase wie Ozon, NOx, CO um ein Vielfaches überschritten werden können. Maßnahmen, die zu einer Reduktion der Schadstoffkonzentrationen führen, können entweder in der Vermeidung oder Reduzierung von Emissionen und/oder der Abscheidung dieser Schadstoffe aus der Umgebungsluft liegen.  In many metropolitan areas around the world there is the problem that the ambient air due to industrial emissions, road traffic and private fireplaces, especially in adverse weather conditions (no rain, inversion, low wind speeds, no air exchange between layers of altitude), limit values for fine dust and / or harmful gases such as ozone, NOx, CO can be exceeded many times over. Measures that lead to a reduction in pollutant concentrations can either be the avoidance or reduction of emissions and / or the separation of these pollutants from the ambient air.
Es ist ein bereits im Stand der Technik dokumentierter Ansatz, stationär montierte Umgebungsluftreiniger zur Abscheidung von Luftschadstoffen einzusetzen. Solche Geräte verfügen in der Regel über ein durchströmbares Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, in dem ein Gebläse und ein Filter angeordnet sind, wobei es sich bei den Filtern um klassische Filterelemente aus porösen und für Luft durchlässigen Filtermedien und/oder um Elektroabscheider handeln kann. Die Umgebungsluftreiniger werden vorteilhaft an Orten mit lokal erhöhrter Schadstoffkonzentration aufgestellt, etwa im Außenbereich als auch im Innenbereich, Tunneln, unterirdische Bahnhöfen, Bushalte stellen etc. It is an approach that has already been documented in the prior art to use stationary-mounted ambient air purifiers for separating air pollutants. Such devices usually have a flow-through housing with an inlet and an outlet, in which a fan and a filter are arranged, which filters can be classic filter elements made of porous and air-permeable filter media and / or electrical separators . The ambient air purifiers are advantageously set up in locations with locally increased pollutant concentrations, such as outdoors and indoors, tunnels, underground train stations, bus stops etc.
Umgebungsluftreiniger, die in erster Linie Feinstäube adressieren sind beispielsweise aus der DE 20 2016 102 373 U1 in Form einer Werbesäule oder FR 27 87 175 A bekannt. Ambient air purifiers that primarily address fine dust are known, for example, from DE 20 2016 102 373 U1 in the form of an advertising column or FR 27 87 175 A.
Ferner ist aus der W01721661 1 A1 eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung mit meh reren Filterstufen bekannt, mittels der neben PM10-Feinstäuben auch Schadgase wie Stickoxide (NOx), insbesondere Stickstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid und/oder Schwefeloxide gefiltert werden können. Nach welchem Abscheideprinzip die Schadgase aus der Luft entfernt werden sollen bleibt dort offen. Furthermore, from W01721661 1 A1 an ambient air cleaning device with several filter stages is known, by means of which, in addition to PM10 fine dust, also harmful gases such as nitrogen oxides (NOx), in particular nitrogen dioxide and / or carbon monoxide and / or Sulfur oxides can be filtered. Which separation principle is used to remove the harmful gases from the air remains open.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Umgebungsluftreinigungsvorrichtung zu schaffen, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnet, sowohl Feinstäube (insbesondere PM10) als auch Schadgase, insbesondere Stickoxide, wirksam aus der Luft abzuscheiden und hierbei besonders energieeffizient betrieben werden kann. Based on this prior art, the invention has for its object to provide an improved ambient air purification device which is characterized by its ability to effectively separate both fine dust (in particular PM10) and harmful gases, in particular nitrogen oxides, from the air and are operated here in a particularly energy-efficient manner can.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung mit den Merk malen des Anspruchs 1 . This object is achieved by an ambient air cleaning device with the features of claim 1.
Darüber hinaus ergibt sich die Aufgabe, ein Betriebsverfahren zu schaffen, welches es ermöglicht, eine erfindungsgemäße Umgebungsluftreinigungsvorrichtung unter einem re alen Einsatzszenario technisch sinnvoll und wirtschaftlich zu betreiben. In addition, there is the task of creating an operating method which makes it possible to operate an ambient air purification device according to the invention in a technically meaningful and economical manner under a real application scenario.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des An spruchs 15. This object is achieved by an operating method with the features of claim 15.
Bevorzugte Weiterbildungen werden durch die jeweiligen abhängigen Ansprüche ange geben. Preferred further developments are indicated by the respective dependent claims.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrich tung zur Entfernung von Stäuben, insbesondere Feinstaub, und Schadgasen, insbeson dere Stickoxiden, aus der Umgebungsluft ausgebildet und weist ein Gehäuse mit zumin dest einer Strömungseintrittsöffnung und zumindest einer Strömungsaustrittsöffnung auf. Zwischen der Strömungseintrittsöffnung und der Strömungsaustrittsöffnung ist ein Fil terelement angeordnete. Ferner weist diese eine Luftstromerzeugungsvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom von der Strömungseintrittsöffnung durch das Filterelement zu der Strömungsaustrittsöffnung zu erzeugen, wobei das Filterelement zu mindest einen Filterbalg aus einem gefalteten Kombifiltermedium aufweist, das zumin- dest eine Partikelfilterlage und zumindest eine Aktivkohlelage aufweist, die auf der Parti kelfilterlage angeordnet ist, wobei die Aktivkohlelage Aktivkohlepartikel aus einem Aktiv kohlematerial aufweist. Die Aktivkohlelage hat ein Flächengewicht von 200 bis 1200 g/m2 und das Kombifiltermedium ist elektrostatisch aufgeladen und die Partikelfilterlage des Kombifiltermediums weist eine Luftdurchlässigkeit bei 200 Pa von zumindest 300 l/m2s auf. According to a first embodiment, the stationary ambient air cleaning device is designed to remove dusts, in particular particulate matter, and harmful gases, in particular nitrogen oxides, from the ambient air and has a housing with at least one flow inlet opening and at least one flow outlet opening. A fil terelement is arranged between the flow inlet opening and the flow outlet opening. Furthermore, the latter has an air flow generating device which is designed to generate an air flow from the flow inlet opening through the filter element to the flow outlet opening, the filter element having at least one filter bellows made of a folded combination filter medium which at least least has a particle filter layer and at least one activated carbon layer, which is arranged on the particle filter layer, the activated carbon layer comprising activated carbon particles made of an activated carbon material. The activated carbon layer has a basis weight of 200 to 1200 g / m 2 and the combination filter medium is electrostatically charged and the particle filter layer of the combination filter medium has an air permeability at 200 Pa of at least 300 l / m 2 s.
Bevorzugt liegt die untere Grenze für das Flächengewicht der Aktivkohlelage bei 350 g/m2. The lower limit for the weight per unit area of the activated carbon layer is preferably 350 g / m 2 .
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung beträgt die Luftdurchlässigkeit der Partikelfilter lage des Kombifiltermediums bei 200 Pa zumindest 800 l/m2s, stärker bevorzugt zumin dest 1500 l/m2s. So ist ein noch geringerer Druckverlust erzielbar, während aufgrund der Elektreteigenschaften des Kombifiltermediums eine dennoch gute Abscheideleistung er reicht werden kann. According to a preferred development, the air permeability of the particle filter position of the combination filter medium at 200 Pa is at least 800 l / m 2 s, more preferably at least 1500 l / m 2 s. An even lower pressure loss can be achieved, while due to the electret properties of the combination filter medium, a good separation performance can be achieved.
Durch die elektrostatische Aufladung der Partikelfilterlage handelt es sich bei dieser um eine so genannte Elektretfilterlage. Due to the electrostatic charging of the particle filter layer, this is a so-called electret filter layer.
Im Bereich der Raumluftfilter sind elektrostatisch geladene Filtermedien bekannt. Die La dung und damit Wirksamkeit der elektrostatischen Partikelabscheidung baut sich jedoch im Laufe der Betriebszeit ab. In bisher bekannten Umgebungsluftreinigungsvorrichtungen zur Abscheidung von PM-Fraktionen werden zur Sicherstellung einer über einen mög lichst großen Zeitraum gleich bleibend hohen Abscheideleistung bisher keine elektrosta tisch geladenen Filtermedien eingesetzt, sondern ausschließlich Filtermedien, die auf mechanischer Abscheidung beruhen (so genannter Sperreffekt). In the area of room air filters, electrostatically charged filter media are known. However, the charge and thus the effectiveness of the electrostatic particle separation degrade over the course of the operating time. In previously known ambient air purification devices for the separation of PM fractions, no electrostatically charged filter media have so far been used to ensure a consistently high separation performance over the longest possible period of time, but only filter media that are based on mechanical separation (so-called blocking effect).
Lösungen zur Feinstaubabscheidung aus der Umgebung nach dem Stand der Technik, insbesondere PM 10, nutzen häufig Mikroglasfasermedien oder Polymerfasermedien in relativ hoher Faser-Packungsdichte und einer Luftdurchlässigkeit < 300 l/m2s bei 200 Pa. Bezogen auf ein V-Zellen-Filtermodul mit standardisiertem Rastermaß (Querschnitt von 600 mm x 600 mm) und einem Volumenstrom von 3.400 m3/h ergäbe sich mit einem solchen Filtermedium (nur Partikelfiltration) damit ein Druckverlust von ca. 150 Pa und mithin eine Strömungsverlustleistung von 142 W. Unter Annahme eines für Kleinventila toren üblichen Wirkungsgrad von <=50 % resultiert ein elektrischer Leistungsbedarf von ca. 300 W. Solutions for the removal of fine dust from the environment according to the prior art, in particular PM 10, frequently use microglass fiber media or polymer fiber media in a relatively high fiber packing density and an air permeability <300 l / m 2 s at 200 Pa. Relative to a V-cell filter module with a standardized grid dimension (cross-section of 600 mm x 600 mm) and a volume flow of 3,400 m 3 / h, such a filter medium (only particle filtration) would result in a pressure loss of approx. 150 Pa and therefore a flow loss of 142 W. Assuming an efficiency of <= 50% common for small fans, an electrical power requirement of approx. 300 W results.
Der Leistungsbedarf, der erforderlich wäre, um eine kombinierte PM10 und N02 Reduk tion zu erzielen, würde bei Verwendung der oben beschriebenen Technologie mit hoch- abscheidendem Filtermedium mit geringer Luftdurchlässigkeit deutlich über 300 W pro V- Zellen-Filtemnodul hinausgehen, da zusätzliche Strömungsleistung erforderlich ist, um die Strömung durch eine zur Adsorption von NO2 vorgesehen Aktivkohleschicht zu för dern. Der zusätzliche Druckverlust bei Verwendung eines Kombinationsmediums aus hochabscheidender Partikelfilterlage (bspw. mit PM10 Abscheidung > 80 %) und Aktiv kohlelage resultiert aus dem zusätzlichen Druckverlust bei Durchströmung der Aktivkoh lefilterlage sowie der durch die notwendige Reduzierung der Faltenzahl erhöhte Filterflä chenbelastung. Die Faltenzahl ist bei einem Kombinationsfiltermedium mit einer mehr als verdoppelten Filtermediendicke etwa um 50 % zu reduzieren. Für den Betrieb des oben genannten V-Zellen-Filtemnoduls ergäbe sich ein Leistungsbedarf von ca. 800 W (2 x (300 W + 100 W für Aktivkohlelage)). The power requirement that would be required to achieve a combined PM10 and N02 reduction would be well above 300 W per V-cell filter module using the technology described above with high-separation filter media with low air permeability, since additional flow power is required in order to promote the flow through an activated carbon layer provided for the adsorption of NO2. The additional pressure loss when using a combination medium consisting of a highly separable particle filter layer (e.g. with PM10 separation> 80%) and activated carbon layer results from the additional pressure loss when flowing through the activated carbon filter layer and the increased filter surface load due to the necessary reduction in the number of folds. The number of folds in a combination filter medium with a filter medium thickness more than doubled must be reduced by approximately 50%. The operation of the above-mentioned V-cell filter module would result in a power requirement of approx. 800 W (2 x (300 W + 100 W for activated carbon layer)).
Gemäß der Erfindung ist nun jedoch vorgesehen, ein vergleichsweise„offenes“ Partikel filtermedium (Luftdurchlässigkeit > 300 l/m2 h bei 200 Pa, insbesondere > 800 l/m2s, be vorzugt sogar > 1500 l/m2s) einzusetzen, welches elektrostatisch aufgeladen ist, wodurch der Druckverlust der Partikelfilterlage gering gehalten werden kann. Konkret kann dieser ca. auf 1/3 des o.g. Wertes gesenkt und der Leistungsbedarf für den Betrieb eines V- Zellen-Filtemnoduls dadurch um 50 % auf ca. 400 W reduziert werden (2 x (100 W für Partikelfilterlage + 100 W für Aktivkohlelage)). According to the invention, however, it is now intended to use a comparatively “open” particle filter medium (air permeability> 300 l / m2 h at 200 Pa, in particular> 800 l / m 2 s, preferably even> 1500 l / m 2 s), which is electrostatically charged, whereby the pressure loss of the particle filter layer can be kept low. Specifically, this can be reduced to approx. 1/3 of the above value and the power requirement for operating a V-cell filter module can be reduced by 50% to approx. 400 W (2 x (100 W for particle filter layer + 100 W for activated carbon layer) ).
Zur Sicherstellung eines hohen PM10 Abscheidegrades von beispielsweise > 80 % nutzt die erfindungsgemäße Lösung nun das Zeitverhalten des Fraktionsabscheidegrades der elektrostatisch wirkenden Partikelfilterlage (Elektretfilterlage) im Zusammenspiel mit der Gasdurchbruchscharakteristik der Aktivkohlefilterlage aus. Durch die - im Vergleich zur reinen Feinstaubabscheidung - deutlich kürzeren Serviceintervalle der Aktivkohlefilter lage wird die Elektretfilterlage immer im optimalen Funktionsbereich betrieben, in dem der initiale elektrostatische Abscheideeffekt noch weitgehend erhalten ist und eine PM10 Abscheidung > 80 % gewährleistet ist. To ensure a high PM10 separation efficiency of, for example,> 80%, the solution according to the invention now uses the time behavior of the fraction separation efficiency of the electrostatically acting particle filter layer (electret filter layer) in conjunction with the gas breakthrough characteristic of the activated carbon filter layer. Due to the significantly shorter service intervals of the activated carbon filter layer compared to pure particulate matter separation, the electret filter layer is always operated in the optimal functional range in which the initial electrostatic separation effect is largely preserved and a PM10 separation> 80% is guaranteed.
Die erfindungsgemäße Umgebungsluftreinigungsvorrichtung ist dazu vorgesehen, im öf fentlichen Außen- oder Innenraum, etwa an innerstädtischen Schadstoff-Hotspots, ins besondere in unmittelbarer Nähe eines Fahrwegs, aufgestellt zu werden. The ambient air purification device according to the invention is intended to be installed in the public exterior or interior, for example at inner-city pollutant hotspots, in particular in the immediate vicinity of a driveway.
Die Luftdurchlässigkeit der Partikelfilterlage beträgt in einer bevorzugten Ausführung bei 200 Pa zumindest 2000 l/m2s, am meisten bevorzugt werden sogar noch höhere Werte. Hinsichtlich des Flächengewichts der Aktivkohleauflage wird ein Bereich zwischen 200 und 1200 g/m2 als technisch sinnvoll angesehen, da hier ein vorteilhaftes Verhältnis zwi schen dem Druckverlust und der vorgehaltenen Adsorptionskapazität besteht. In a preferred embodiment, the air permeability of the particle filter layer is at least 2000 l / m 2 s at 200 Pa, and even higher values are most preferred. With regard to the weight per unit area of the activated carbon layer, a range between 200 and 1200 g / m 2 is considered to be technically expedient, since there is an advantageous ratio between the pressure loss and the available adsorption capacity.
Die sich bei einer Aktivkohlelage mit hierin spezifiziertem Flächengewicht und einer Par tikelfilterlage mit hierin spezifizierter Luftdurchlässigkeit ergebende Dicke des Kombifil termediums beträgt etwa 1 ,5 bis 3,5 mm. Das sich hieraus ergebende Flächengewicht des Kombifiltermediums (inkl. Aktivkohle) wird in einem Bereich zwischen 400 und 1200 g/m2 liegen. The resulting thickness of the combi filter medium for an activated carbon layer with a basis weight specified here and a particle filter layer with an air permeability specified here is approximately 1.5 to 3.5 mm. The resulting basis weight of the combination filter medium (including activated carbon) will be in a range between 400 and 1200 g / m 2 .
Filtermedien, welche sowohl eine Partikelfiltrationsfunktion als auch eine Adsorptions funktion haben werden üblicherweise als Kombifiltermedien bezeichnet. Die Aktivkohle partikel sind bevorzugt bezüglich der Partikelfilterlage immobilisiert, etwa durch Schmelz kleberfäden, welche bei der Herstellung des Kombifiltermediums als dünnes Netzwerk aufgebracht werden. Filter media that have both a particle filtration function and an adsorption function are commonly referred to as combination filter media. The activated carbon particles are preferably immobilized with respect to the particle filter layer, for example by hot melt adhesive threads, which are applied as a thin network during the production of the combination filter medium.
Die Aktivkohlelage selbst kann bevorzugt auch eine Mehrzahl von verschiedenen Aktiv kohlen aufweisen, welche jeweils ein unterschiedliches Zielgasspektrum haben können. Insbesondere können imprägnierte Aktivkohlen zum Einsatz kommen, bevorzugt basisch imprägnierte Aktivkohlen. Es können aber auch imprägnierte Aktivkohlesorten mit nicht imprägnierten, wasserdampfaktivierten Standardkohlen in einer Schicht gemischt einge setzt werden oder diese werden in aneinander angrenzenden Schichten aufgebracht. Das Rohmaterial der Aktivkohlen sind meist Kokosnussschalen, welche in einem Dreh- rohrofen oder in einem Wirbelschichtreaktor wasserdampfaktiviert werden. Mögliche Im prägniermittel, je nach Zielgasspektrum, sind beispielsweise Natriumhydroxid, Kalium hydroxid und/oder Kaliumcarbonat. The activated carbon layer itself can preferably also have a plurality of different activated carbons, each of which can have a different target gas spectrum. In particular, impregnated activated carbons can be used, preferably basic impregnated activated carbons. However, impregnated activated carbon types with non-impregnated, steam-activated standard carbons can also be mixed in one layer or these are applied in adjacent layers. The raw material of the activated carbons are mostly coconut shells, which are Tube furnace or in a fluidized bed reactor can be steam activated. Possible impregnating agents, depending on the target gas spectrum, are, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and / or potassium carbonate.
Als vorteilhafter Effekt des Einsatzes von Aktivkohle in der erfindungsgemäßen Umge bungsluftreinigungsvorrichtung ergibt sich eine signifikante Reduktion des Ozongehalts in der Umgebungsluft (je nach eingesetzter Kohlesorte bis zu 99 %), wodurch, da Ozon ein starkes Oxidationsmittel ist, ein natürliches Gleichgewicht von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid dahingehend verlagert wird, dass ein vergleichsweise größerer Anteil Stickstoffmonoxid vorhanden ist, welches erstens für den menschlichen Körper weniger schädlich ist und zweitens daher nicht durch den Filter adsorbiert werden muss. As an advantageous effect of the use of activated carbon in the ambient air purification device according to the invention, there is a significant reduction in the ozone content in the ambient air (depending on the type of coal used, up to 99%), which, since ozone is a strong oxidizing agent, results in a natural balance of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide is shifted that a comparatively larger proportion of nitrogen monoxide is present, which is firstly less harmful to the human body and secondly therefore does not have to be adsorbed by the filter.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die in der Aktivkohlelage vorgesehene Ak tivkohlemenge derart ausgelegt sein, dass deren Adsorptionskapazität für ein vorbe stimmtes Schadgas, insbesondere ein Stickoxid, bei einer vorbestimmten Schadgaskon zentration in der Umgebungsluft erschöpft ist bevor die durch die elektrostatische Ladung des Kombifiltermediums hervorgerufene Abscheidewirkung einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, wobei der vorbestimmte Schwellwert insbesondere min destens 50 % der ursprünglichen Abscheideleistung im Neuzustand für NaCI-Partikel der Fraktion 0,3 pm bei 0,2 m/s gemäß DIN71460-1 nach einer Betriebsdauer von 4 Wochen beträgt oder alternativ eine ePM10 Effizienz gemäß ISO16890 von mindestens 50 % im Vergleich zum Neuzustand. According to a preferred development, the amount of active carbon provided in the activated carbon layer can be designed such that its adsorption capacity for a predetermined harmful gas, in particular a nitrogen oxide, is exhausted at a predetermined concentration of harmful gas in the ambient air before the separation effect caused by the electrostatic charge of the combination filter medium has an effect falls below the predetermined threshold value, the predetermined threshold value being in particular at least 50% of the original separation performance in the new state for NaCl particles of the fraction 0.3 pm at 0.2 m / s according to DIN71460-1 after an operating period of 4 weeks or alternatively an ePM10 Efficiency according to ISO16890 of at least 50% compared to the new condition.
Hierin liegt der Kerngedanke der Erfindung: Aufgrund des Einsatzes einer Partikelfilter lage mit vergleichsweise hoher Luftdurchlässigkeit, welches elektrostatisch geladen ist, und der Anpassung der„Standzeit“ der Aktivkohlelage auf einen maximal sinnvoll unter Beibehaltung der elektrostatischen Abscheidewirkung möglichen Betriebszeitraum des Partikelfiltermediums ergibt sich ein besonders energiesparender Betrieb der erfindungs gemäßen Vorrichtung und damit eine reale Praxistauglichkeit. In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Aktivkohlematerial eine NOx-Adsorpti- onskapazität nach 3h, insbesondere bei einer Probenmenge von 1 g und einem Volu menstrom von 12 l/min, gemäß ISO 1 1 155-2 bei 30 ppm NOx-Konzentration zwischen 20 und 200 mg/g aufweisen, insbesondere zwischen 50 bis 150 mg/g. This is the main idea of the invention: Due to the use of a particle filter with a comparatively high air permeability, which is electrostatically charged, and the adaptation of the "service life" of the activated carbon layer to a maximum useful operating period of the particle filter medium while maintaining the electrostatic separation effect, this results in a particularly energy-saving Operation of the device according to the Invention and thus a practical suitability. In yet another embodiment, the activated carbon material can have a NO x adsorption capacity after 3 hours, in particular with a sample quantity of 1 g and a volume flow of 12 l / min, according to ISO 1115-2 at 30 ppm NO x concentration Have 20 and 200 mg / g, in particular between 50 to 150 mg / g.
Die Prüfgaskonzentration von 30 ppm wird bewusst hoch gewählt, um die Adsorptions kapazität der Aktivkohle in einer wirtschaftlich vertretbaren Zeitspanne unter Laborbedin gungen bestimmen zu können. Bei für hochbelastete verkehrsnahe Gebiete typischer weise auftretenden Konzentrationen um 50 ppb ergäbe sich ein Vielfaches der Messzeit bis zum Erreichen der Sättigungskapazität, welche bei der genannten Konzentration ins besondere im Bereich 10-100 mg/g zu erwarten ist, da sich bei geringerem NOx-Partial- druck im Prüfgas die Sättigungskapazität der Aktivkohle verringert, der Gasdurchbruch jedoch im Vergleich zu einer höheren Gaskonzentration geringer ist. The test gas concentration of 30 ppm is deliberately chosen to be high in order to be able to determine the adsorption capacity of the activated carbon in an economically justifiable period of time under laboratory conditions. At concentrations of around 50 ppb that typically occur for heavily used traffic-related areas, this would result in a multiple of the measurement time until the saturation capacity is reached, which is to be expected at the concentration mentioned, in particular in the range of 10-100 mg / g, since with lower NO x - Partial pressure in the test gas reduces the saturation capacity of the activated carbon, but the gas breakthrough is lower compared to a higher gas concentration.
Eine weitere, ebenfalls bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Filterelement ein V-Zellenelement ist, das zumindest sechs, bevorzugt zumindest acht, jeweils V-förmig zueinander angeordnete Filterbälge aufweist (die einzelnen V-Zellen), die insbesondere von einem gemeinsamen Rahmen gehalten werden. Diese Filterelementkonfiguration hat sich für den Einsatz in einer stationären Umgebungsluftreinigungsvorrichtung als beson ders vorteilhaft erwiesen, da eine besonders große Filterfläche bei einem geringem An- strömflächenquerschnitt untergebracht werden kann. A further, likewise preferred embodiment provides that the filter element is a V-cell element which has at least six, preferably at least eight, filter bellows arranged in a V-shape relative to one another (the individual V-cells), which are held in particular by a common frame . This filter element configuration has proven to be particularly advantageous for use in a stationary ambient air cleaning device, since a particularly large filter area can be accommodated with a small inflow area cross section.
Die Filterfläche eines einzelnen Balgs kann hierbei etwa 0,5 bis 2,5 m2 betragen, bevor zugt 1 bis 1 ,6 m2, so dass sich bei acht Einzelbälgen Filterflächen der Vorrichtung zwi schen 4 und 20 m2 ergeben. Die Abmessungen der Einzelfilterbälge des V-Zellenele- ments können dabei beispielhaft wie folgt ausgelegt sein: The filter area of a single bellows can be about 0.5 to 2.5 m 2 , preferably 1 to 1, 6 m 2 , so that with eight individual bellows filter areas of the device between 4 and 20 m 2 result. The dimensions of the individual filter bellows of the V-cell element can be designed as follows, for example:
Länge: 250 - 600 mm Length: 250 - 600 mm
Breite 250 - 600 mm  Width 250 - 600 mm
Höhe: 20 - 50 mm  Height: 20 - 50 mm
Faltenhöhe: 20 - 50 mm  Pleat height: 20 - 50 mm
Faltenabstand: 4 - 12 mm Ferner kann das Kombifiltermedium zumindest eine weitere Lage aufweisen, die insbe sondere auf einer der Partikelfilterlage abgewandten Seite der Aktivkohlelage angeordnet ist. Wrinkle spacing: 4 - 12 mm Furthermore, the combination filter medium can have at least one further layer, which is arranged in particular on a side of the activated carbon layer facing away from the particle filter layer.
Bei der weiteren Lage kann es sich insbesondere um eine Trägerlage handeln, bezüglich der die Aktivkohlepartikel der Aktivkohlelage immobilisiert sind; dies kann durch Schmelz kleberfäden, welche bei der Herstellung des Kombifiltermediums als dünnes Netzwerk aufgebracht werden, erfolgen. Die Trägerlage kann insbesondere eine Luftdurchlässig keit bei 200 Pa von größer als 3000 l/m2s und/oder ein Flächengewicht zwischen 25 g/m2 und 75 g/m2 aufweisen. Die Luftdurchlässigkeit der Trägerlage ist erfindungsgemäß grö ßer als die Luftdurchlässigkeit der Partikelfilterlage. Die Trägerlage wird bevorzugt an- strömseitig angeordnet, sodass sich dadurch bereits bevor die Luftströmung die Aktiv kohle und die Partikelfilterlage erreicht eine gewisse Vorabscheidung ergibt, welche dazu beitragen kann, die Standzeit in der Partikelfilterlage zu erhöhen bzw. deren elektrostati sche Aufladung länger aufrecht zu erhalten, insbesondere, da in der Trägerlage auch Wassertropfen zurückgehalten werden, welche für die elektrostatische Ladung schädlich sind. Bei der Trägerlage kann es sich um sehr luftdurchlässige spinngelegte Medien und/oder Spinnvliese handeln. The further layer can in particular be a carrier layer with respect to which the activated carbon particles of the activated carbon layer are immobilized; this can be done by hot melt adhesive threads, which are applied as a thin network during the production of the combination filter medium. The carrier layer can in particular have an air permeability at 200 Pa of greater than 3000 l / m 2 s and / or a weight per unit area between 25 g / m 2 and 75 g / m 2 . According to the invention, the air permeability of the carrier layer is greater than the air permeability of the particle filter layer. The carrier layer is preferably arranged on the upstream side, so that a certain pre-separation results even before the air flow reaches the activated carbon and the particle filter layer, which can help to increase the service life in the particle filter layer or to maintain its electrostatic charge for longer , in particular since water droplets which are harmful to the electrostatic charge are also retained in the carrier layer. The backing layer can be very air-permeable spin-laid media and / or spunbonded nonwovens.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Partikelfilterlage ein Spinnvliesmaterial, insbesondere Polyethylenterephthalat- oder Polypropylen-Spinn- vliesmaterial, und/oder ein Nadelvliesmaterial, insbesondere ein Polypropylen- oder Po- lyethylenterephthalat-NadelvIies, und/oder eine Meltblownlage aufweisen und/oder ein Mehrkomponentenfasermaterial, insbesondere mit Bikomponentenfasern mit einer Po lypropylen/Polyacrylnitril-Komponente aufweisen. According to a still further preferred embodiment, the particle filter layer can comprise a spunbonded nonwoven material, in particular polyethylene terephthalate or polypropylene spunbonded nonwoven material, and / or a needled nonwoven material, in particular a polypropylene or polyethylene terephthalate needled nonwoven, and / or a meltblown layer and / or a multicomponent fiber material , in particular with bicomponent fibers with a polypropylene / polyacrylonitrile component.
Konkret kann die elektrostatisch geladene Partikelfilterlage (Elektretfilterlage) wie folgt aufgebaut sein: Specifically, the electrostatically charged particle filter layer (electret filter layer) can be constructed as follows:
(a) PET-Spinnvlies (10 - 40 g/m2) + Meltblownlage (10 - 60 g/m2) oder (a) PET spunbond (10 - 40 g / m 2 ) + meltblown layer (10 - 60 g / m 2 ) or
(b) PP/PAN-Bikomponentenfasern + PP-Spinnvlies (10 - 30 g/m2) + PP/PAN-Nadelvlies (15 - 100 g/m2) (c) Ein- oder mehrlagiges Spinnvlies aus Bikomponentenfasern PP/PP (30 - 120 g/m2), insbesondere mit einem PP-Homopolymer und einem Metallocen-Polypropylen. (b) PP / PAN bicomponent fibers + PP spunbond (10 - 30 g / m 2 ) + PP / PAN needle punch (15 - 100 g / m 2 ) (c) Single or multi-layer spunbond made of bicomponent fibers PP / PP (30-120 g / m 2 ), in particular with a PP homopolymer and a metallocene polypropylene.
Alternativ oder zusätzlich können die Aktivkohlepartikel des Aktivkohlematerials eine Korngröße von 10 bis 80 mesh, insbesondere 30 bis 60 mesh, aufweisen und/oder das Aktivkohlematerial eine BET-Oberfläche von 500 bis 1500 m2/g aufweisen. Alternatively or additionally, the activated carbon particles of the activated carbon material can have a grain size of 10 to 80 mesh, in particular 30 to 60 mesh, and / or the activated carbon material can have a BET surface area of 500 to 1500 m 2 / g.
In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, zumindest in Abhängig keit eines Niederschlagsparameters der Umgebung einen Betriebszustand der Luftstrom erzeugungsvorrichtung zu beeinflussen, insbesondere dazu, diese bei Regen abzuschal ten. Es ist bekannt, dass unter der Einwirkung von Feuchtigkeit die elektrostatische Auf ladung von Filtermedien leidet und sich dieses schneller entlädt. Um den elektrostati schen Abscheideeffekt länger beibehalten zu können wird nun bevorzugt vorgesehen, die Luftstromerzeugungsvorrichtung bei Regen und/oder Überschreiten einer vorbe stimmten relativen Grenzluftfeuchte abzuschalten oder diese zumindest in ihrer Leistung zu reduzieren. Der Niederschlagsparameter kann aus einem Niederschlagssensor (Re gensensor) der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung selbst bezogen werden oder aber unter Nutzung von Wetterdaten, die bspw. über mobile Datennetze bereitgestellt werden. In yet another embodiment, the ambient air purification device can have a control device which is set up to influence an operating state of the air flow generating device at least depending on a precipitation parameter of the surroundings, in particular to switch it off when it rains. It is known that under the influence The electrostatic charge of filter media suffers from moisture and discharges faster. In order to be able to maintain the electrostatic separation effect for longer, it is now preferably provided to switch off the air flow generating device when it rains and / or exceeds a predetermined relative limit air humidity or at least to reduce its performance. The precipitation parameter can be obtained from a precipitation sensor (rain sensor) of the ambient air cleaning device itself or else using weather data that are provided, for example, via mobile data networks.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann das Kombifiltermedium zumindest eine noch weitere Lage aufweisen, die als antimikrobielle und/oder antiallergene Lage ausgebildet ist, die zumindest einen antimikrobiellen und/oder antiallergenen Stoff auf weist. Durch diese Maßnahme kann die Umgebungsluftqualität unter einem weiteren wichtigen Aspekt verbessert werden. According to yet another embodiment, the combination filter medium can have at least one further layer which is designed as an antimicrobial and / or anti-allergenic layer and which has at least one antimicrobial and / or anti-allergenic substance. This measure allows the ambient air quality to be improved in another important aspect.
Der antimikrobielle, insbesondere antibakterielle oder biozide, Stoff schützt das Filterme dium oder Teile bzw. Schichten desselben davor, dass dieses bzw. diese von Mikroorga nismen wie z. B. Pilzen oder Pilzsporen, insbesondere Schimmelpilze oder Schimmel pilzsporen, Bakterien oder Algen, welche in lebendiger, fortpflanzungsfähiger oder aus breitungsfähiger Form vorliegen können, befallen wird bzw. sich solche Mikroorganismen in dem Filtermedium ausbreiten oder dieses durchwachsen. io The antimicrobial, in particular antibacterial or biocidal, substance protects the filter medium or parts or layers of the same from the fact that this or these by microorganisms such. B. fungi or fungal spores, in particular mold or fungal spores, bacteria or algae, which may be present in a living, reproductive or spreadable form, or such microorganisms spread in the filter medium or grow through it. io
Der antiallergene Stoff kann beispielsweise feinste Pollenpartikel und sonstige Allergene, die nicht immer von dem Filtermedium vollständig zurückgehalten werden können, für den menschlichen Körper bzw. dessen Immunsystem zumindest teilweise unschädlich machen. The anti-allergenic substance can, for example, render the finest pollen particles and other allergens, which cannot always be completely retained by the filter medium, at least partially harmless to the human body or its immune system.
Als antimikrobieller Stoff kann insbesondere Zink-Pyrithion dienen. Alternativ oder zu sätzlich kann Octa-isothiazolon als antimikrobieller Stoff verwendet werden. Die zweite Filterschicht kann ferner antimikrobielle Stoffe auf der Basis von Nanosilber enthalten. Die zweite Filterschicht kann auch antimikrobiellen Metallen und Metallverbindungen, ins besondere Silber, Kupfer und Aluminiumverbindungen und/oder 2-Brom-2-nitropropan- 1 ,3-diol, weitere Isothiazolinverbindungen, Benzoesäure und deren Derivate, Benzalko- niumhalogenide, wasserlösliche Coenzyme, öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, An tibiotika, biozide Metalle, aliphatische und/oder aromatische Fettsäuren und/oder quar täre Tenside als antimikrobielle Stoffe enthalten. Zinc pyrithione in particular can serve as the antimicrobial substance. Alternatively or additionally, octa-isothiazolone can be used as an antimicrobial. The second filter layer can also contain antimicrobial substances based on nanosilver. The second filter layer can also contain antimicrobial metals and metal compounds, in particular silver, copper and aluminum compounds and / or 2-bromo-2-nitropropane-1, 3-diol, further isothiazoline compounds, benzoic acid and its derivatives, benzalkonium halides, water-soluble coenzymes, oil-soluble ones Contain coenzymes, plant extracts, antibiotics, biocidal metals, aliphatic and / or aromatic fatty acids and / or quaternary surfactants as antimicrobial substances.
Als antiallergene Stoffe kommen insbesondere Polyphenole, wie Katechine, Tannide oder Flavonoide, in Frage. Es können insbesondere Kaffee-, Gallus-, Ellagin-, Tannin säure, Cyanidin, Procyanidin, Proanthocyanidine, Rutin, Quercitin, Resveratol verwendet werden. Polyphenole binden vorzugsweise antiallergene Stoffe, sodass die allergische Wirkung vermindert werden kann. Allergene Pollen werden beispielsweise von Poly phenolen denaturiert. Der antiallergene Stoff kann ferner antiallergene Enzyme aufwei sen. Antiallergen Enzyme spalten vorzugsweise allergen wirkende Proteine in kleinere unschädlichere Bestandteile auf. In particular, polyphenols, such as catechins, tannides or flavonoids, are suitable as antiallergic substances. In particular, coffee acid, gallic acid, ellagic acid, tannic acid, cyanidine, procyanidin, proanthocyanidins, rutin, quercitin, resveratol can be used. Polyphenols preferentially bind anti-allergenic substances so that the allergic effect can be reduced. Allergenic pollen is denatured, for example, by poly phenols. The anti-allergenic substance can also have anti-allergenic enzymes. Antiallergenic enzymes preferably break down allergenic proteins into smaller, harmless components.
Die noch weitere Filterlage selbst kann mehrlagig aufgebaut sein. In der Reihenfolge der Durchströmung kann z. B. auf die antimikrobielle Filterschicht eine antiallergene Filter schicht folgen. Alternativ können auf die antimikrobiellen und antiallergenen Stoffe auch in ein und derselben Lage vorgesehen sein. Die Partikelfilterlage kann des Weiteren eine NaCI-Effizienz nach DIN71460-1 bei 0,2 m/s von 15 bis 99 % aufweisen, insbesondere 20 bis 80 %. The still further filter layer itself can be constructed in several layers. In the order of the flow z. B. on the antimicrobial filter layer an anti-allergenic filter layer follow. Alternatively, the antimicrobial and anti-allergenic substances can also be provided in the same position. The particle filter layer can furthermore have a NaCI efficiency according to DIN71460-1 at 0.2 m / s of 15 to 99%, in particular 20 to 80%.
Alternativ oder zusätzlich kann die Partikelfilterlage folgende Filtrationsparameter im nicht entladenen Zustand aufweisen: ePM1 Effizienz gemäß ISO 16890: 30 - 99 % Alternatively or additionally, the particle filter layer can have the following filtration parameters in the non-discharged state: ePM1 efficiency according to ISO 16890: 30 - 99%
ePM2.5 Effizienz gemäß ISO 16890: 40 - 99,5 % ePM2.5 efficiency according to ISO 16890: 40 - 99.5%
ePM10 Effizienz gemäß ISO 16890: 50 - 99,9 % ePM10 efficiency according to ISO 16890: 50 - 99.9%
Staubspeicherkapazität ISO Fein A2 Staub bei +50Pa gern. DIN71460-1 : 10 - 80 g/m2, insbesondere 20 - 60 g/m2. Dust storage capacity ISO Fine A2 dust at + 50Pa. DIN71460-1: 10 - 80 g / m 2 , especially 20 - 60 g / m 2 .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren einer stationären Umge bungsluftreinigungsvorrichtung mit folgenden Schritten: Another aspect of the invention relates to an operating method of a stationary ambient air cleaning device with the following steps:
a) Mittels der Luftstromerzeugungsvorrichtung der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung Fördern von Umgebungsluft durch das zumindest eine Filterelement, dabei Adsorbieren zumindest eines vorbestimmten Schadgases in der Aktivkohlelage des Kombifiltermedi ums des Filterelements, a) conveying ambient air through the at least one filter element by means of the air flow generating device of the ambient air cleaning device, thereby adsorbing at least one predetermined harmful gas in the activated carbon layer of the combined filter medium of the filter element,
b) So lange Durchführen von Schritt a) bis die Adsorptionskapazität des in der Aktivkoh lelage vorhandenen Aktivkohlematerials für das vorbestimmte Schadgas bei einer vorbe stimmten Schadgaskonzentration in der Umgebung erschöpft ist, jedoch bevor die durch die elektrostatische Ladung des Kombifiltermediums hervorgerufene Abscheidewirkung einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, dadurch Erreichen eines Auslegungs- Serviceintervalls, b) performing step a) until the adsorption capacity of the activated carbon material in the activated carbon layer for the predetermined harmful gas is exhausted at a predetermined harmful gas concentration in the environment, but before the separation effect caused by the electrostatic charge of the combination filter medium falls below a predetermined threshold value, thereby reaching a design service interval,
c) Austauschen des aus Schritt b) beladenen Filterelements gegen ein neues Filterele ment mit unverbrauchter Filterkapazität. c) Replacing the filter element loaded from step b) with a new filter element with unused filter capacity.
Die mit einer derartigen Betriebsführung verbundenen Vorteile hinsichtlich Energieeffizi enz wurden bereits bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend beschrie ben; die in diesem Zusammenhang genannten Wirkungen und Vorteile sind analog auf das Betriebsverfahren übertragbar. Das Auslegungs-Serviceintervall kann in einem Bereich zwischen 2 d und 200 d liegen. Dessen konkreter Wert hängt in erste Linie von einem in der konkreten Vorrichtung ein gesetzten Flächengewicht an Aktivkohle und der durch die Umgebungsluftreinigungsvor richtung geführten Luftmenge ab. Bei einem Einsatz zur Reduzierung der Schadstoffbe lastung in der Umgebung, insbesondere an verkehrsnahen Schadstoff-Hotspots, ist hier bei anhand einer geeigneten Auslegung des Filterelements, insbesondere des Kombifil termediums, auch eine wirtschaftliche Optimierung hinsichtlich der Gesamtbetriebskos ten unter Einbeziehung von Wartungskosten ermöglicht. The advantages associated with such operational management in terms of energy efficiency have already been described in detail with respect to the device according to the invention; the effects and advantages mentioned in this context can be transferred analogously to the operating procedure. The design service interval can range from 2 d to 200 d. Its specific value depends primarily on a basis weight of activated carbon set in the specific device and the amount of air passed through the ambient air cleaning device. When used to reduce pollutant pollution in the environment, in particular at pollutant hotspots close to traffic, an appropriate optimization of the filter element, in particular the combi filter medium, also enables economic optimization with regard to the total operating costs, including maintenance costs.
Eine beispielhafte Auslegungsrechnung für eine erfindungsgemäße Umgebungsluftreini gungsvorrichtung zur Aufreinigung eines mit Stickstoffdioxid belasteten Straßenab schnitts ist im Folgenden zu finden. An exemplary design calculation for an ambient air cleaning device according to the invention for the purification of a road section contaminated with nitrogen dioxide can be found below.
Bei einer angenommenen Konzentration von NO2 in der Umgebungsluft zu With an assumed concentration of NO2 in the ambient air, too
CNO2 = 0,1 mg/m3 und einem angenommenen Volumenstrom durch die Umgebungsluftreinigungsvorrich tung CNO2 = 0.1 mg / m 3 and an assumed volume flow through the ambient air cleaning device
V_punkt_Luft = 20.000 m3/h ergibt sich eine durch die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung geführte Stoffmasse NO2 pro Zeiteinheit zu m_punkt_N02 = V_punkt_Luft * CN02 = 2 g/h unter Berücksichtigung einer Adsorptionskapazität einer typischen Aktivkohle von kAktivkohle— 50 gN02/kgAktivkohle ergibt sich dadurch ein„Aktivkohleverbrauch“ pro Zeiteinheit von m_punkt_Aktivkohle = m_punkt_N02/ kAktivkohie = 0,04 kgAktivkohie/h V_punkt_Luft = 20,000 m 3 / h results in a mass of substance NO2 passed through the ambient air purification device per unit time to m_punkt_N02 = V_punkt_Luft * CN02 = 2 g / h taking into account an adsorption capacity of a typical activated carbon of activated carbon - 50 gN02 / kg activated carbon, this results in an "activated carbon consumption" per unit of time from m_punkt_Aktivkohle = m_punkt_N02 / kAktivkohie = 0.04 kgAktivkohie / h
Bei einem Filterelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Kombifilterme dium mit einem hier beispielhaft angenommenen Flächengewicht der Aktivkohlelage von 1000 g/m2 und einer Gesamtfilterfläche von 36 m2 (was für bei einem Einsatz von meh reren hierin beschriebenen V-Zellenelementen mit jeweils acht Filterbälgen ein realisti scher Wert ist) ergibt sich eine Gesamtaktivkohlemasse in der Umgebungsluftreinigungs vorrichtung von In a filter element of the device according to the invention with a Kombifilterme medium with an example assumed area weight of the activated carbon layer of 1000 g / m 2 and a total filter area of 36 m 2 (what a use of several V-cell elements described here, each with eight filter bellows is a realistic value) there is a total active carbon mass in the ambient air cleaning device of
ITlAktivkohle— 36 kg. IT activated carbon - 36 kg.
Würden 100 % des durch das Filterelement der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung strömenden NO2 aus der Luft entfernt werden können, ergäbe sich aus dieser Gesamt aktivkohlemasse eine maximale Standzeit der Aktivkohlelage von 37,5 Tagen bis die Ad sorptionskapazität erschöpft ist, sodass ein Service (=Austausch des Filterelements) mit diesem Intervall nötig wäre. If 100% of the NO2 flowing through the filter element of the ambient air purification device could be removed from the air, this would result in a maximum service life of the activated carbon layer of 37.5 days until the adsorption capacity is exhausted from this total activated carbon mass, so that a service (= replacement of the filter element) with this interval would be necessary.
Bei einer angenommenen N02-Emission eines typischen Dieselfahrzeugs von 300 mg/km ergäbe sich auf einer beispielhaft angenommenen Fahrstrecke von 500 m (Schadstoff-Hotspot) eine Gesamtemission von NO2 von 150 mg/Tag und Dieselfahr zeug. Assuming N0 2 emissions of a typical diesel vehicle of 300 mg / km, this would result in a total emission of NO2 of 150 mg / day and diesel vehicle over an exemplary route of 500 m (pollutant hotspot).
Es wäre somit möglich (bei einer angenommenen N02-Abscheidung von 100 %) anhand der Umgebungsluftreinigungsvorrichtung für den o. g. Zeitraum von 37,5 Tagen die Emis sionen von rund 533 Fahrzeugen mit o. g. N02-Emissionen komplett zu kompensieren oder aber die Emissionen von weit mehr Fahrzeugen zu einem nicht unerheblichen Anteil bilanziell zu reduzieren. Unter Berücksichtigung einer über Serviceintervalle in dieser Größenordnung realistischen N02-Abscheidung von gemittelten 80 % ergäbe sich ein entsprechend kleinerer Wert für die Anzahl der kompensierbaren Fahrzeugemissionen. It would therefore be possible (with an assumed N0 2 separation of 100%) to completely compensate for the emissions of around 533 vehicles with the above-mentioned N0 2 emissions using the ambient air purification device for the above-mentioned period of 37.5 days, or else the emissions from far to reduce the balance sheet of more vehicles to a not inconsiderable extent. Taking into account a realistic N0 2 separation of averaged 80% over service intervals of this magnitude, this would result in a correspondingly smaller value for the number of compensatable vehicle emissions.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeich nungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, Beschrei bung und Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Brief description of the drawings Further advantages result from the following description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawings, description and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into useful further combinations.
Es zeigen beispielhaft: The following are examples:
Figur 1 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Umgebungsluftreini- gungsvorrichtungs-Anordnung;  FIG. 1 is an isometric view of an ambient air cleaning device arrangement according to the invention;
Figur 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Umgebungsluftreinigungsvor- richtungs-Anordnung mit Blick ins Gehäuseinnere;  FIG. 2 shows a side view of the ambient air cleaning device arrangement according to the invention with a view into the interior of the housing;
Figur 3 eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Umgebungsluftreini gungsvorrichtung mit Blick ins Gehäuseinnere.  Figure 3 is an isometric view of an ambient air cleaning device according to the invention with a view into the interior of the housing.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verste hen.  In the figures, identical or similar components are numbered with the same reference numerals. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Umgebungsluftreinigungsvorrichtungs-Anordnung 100 in einer isometrischen Ansicht gezeigt. Diese weist drei übereinander angeordnete Umgebungsluftreinigungsvorrichtungen 10 auf, die mit einem vorbestimmten Abstand 102 zu einander gestapelt sind. Die Umgebungsluftreinigungsvorrichtungs-Anord- nung 100 erlaubt auch eine andere Anordnung der würfelförmig ausgebildeten Umge bungsluftreinigungsvorrichtungen 10, etwa nebeneinander. Jede der Umgebungsluftrei nigungsvorrichtungen 10 ist ein funktionell eigenständig funktionsfähiger Umgebungsluft reiniger, d. h. weist ein Filterelement, ein Gebläse und zugeordnete Lufteintritts- und Luft auslassöffnungen auf. An ihrem unteren Ende hat die Umgebungsluftreinigungsvorrich- tungs-Anordnung 100 einen Sockel 106, mit dem diese in einer Montageanordnung auf einem Fundament, etwa aus Beton, befestigbar ist. Die Gesamthöhe der Vorrichtung kann bei 1 ,5 bis 6 m liegen. Die äußeren Sichtflächen der Gehäuse 1 der einzelnen Umgebungsluftreinigungsvorrich- tungen 10 werden durch Außengehäuseelemente 181 gebildet, die plattenförmig ausge bildet und einzeln austauschbar sein können. 1, an ambient air cleaning device arrangement 100 according to the invention is shown in an isometric view. It has three ambient air cleaning devices 10 arranged one above the other, which are stacked at a predetermined distance 102 from one another. The ambient air cleaning device arrangement 100 also permits a different arrangement of the cube-shaped surrounding air cleaning devices 10, for example next to one another. Each of the ambient air cleaning devices 10 is a functionally independent functional ambient air cleaner, ie has a filter element, a blower and associated air inlet and air outlet openings. At its lower end, the ambient air cleaning device arrangement 100 has a base 106 with which it can be fastened in a mounting arrangement on a foundation, for example made of concrete. The total height of the device can be 1.5 to 6 m. The outer visible surfaces of the housing 1 of the individual ambient air cleaning devices 10 are formed by outer housing elements 181, which are plate-shaped and can be individually exchangeable.
In der Fig. 2 ist die Umgebungsluftreinigungsvorrichtungs-Anordnung 100 nun in einer Seitenansicht gezeigt, wobei die Verbindung der einzelnen Umgebungsluftreinigungsvor- richtungen 10 anhand der Abstandhalters 105, der insbesondere geschraubt sein kann, erkennbar ist. Ferner können die Vorrichtungsbestandteile im Inneren des Gehäuses 1 eingesehen werden. Das Gehäuse 1 ist dabei zweischalig aufgebaut, wobei es ein In nengehäuse 19 und ein Außengehäuse 18 aufweist. Das Innengehäuse 19 ist als Funk tionsgehäuse ausgeführt, in dem die Luftstromerzeugungsvorrichtung 17 und das Fil terelement 13 angeordnet sind und das die Lufteintrittsöffnung 20 sowie die Luftaustritts öffnung 1 1 aufweist. Das Filterelement 13 wird im Saugbetrieb durchströmt, und weist anströmseitig ein Vorfiltervlies 15 auf, das mittels eines Rahmens 14 befestigt ist. Bei dem Flauptfilterelement handelt es sich vorliegend um ein V-Filterelement aus 8 Einzel faltenbälgen. Alternativ kann es sich bei dem Flauptfilterelement auch um einen Einzel balg handeln. 2, the ambient air cleaning device arrangement 100 is now shown in a side view, the connection of the individual ambient air cleaning devices 10 being recognizable on the basis of the spacers 105, which can in particular be screwed on. Furthermore, the device components can be viewed inside the housing 1. The housing 1 is constructed with two shells, it having an inner housing 19 and an outer housing 18. The inner housing 19 is designed as a func tion housing, in which the air flow generating device 17 and the filter element 13 are arranged and which has the air inlet opening 20 and the air outlet opening 11. The filter element 13 is flowed through in suction operation and has a pre-filter fleece 15 on the inflow side, which is fastened by means of a frame 14. The fluff filter element is a V-filter element consisting of 8 individual bellows. Alternatively, the flaupt filter element can also be a single bellows.
Das Filterelement 13 weist erfindungsgemäß ein Kombifiltermedium auf, das zumindest eine Partikelfilterlage und zumindest eine Aktivkohlelage mit Aktivkohlepartikeln aus ei nem Aktivkohlemedium aufweist. Die Aktivkohlelage hat ein Flächengewicht von 200 bis 1200 g/m2 und das Kombifiltermedium ist elektrostatisch aufgeladen und die Partikelfil terlage des Kombifiltermediums weist gemäß dieses Ausführungsbeispiels eine Luft durchlässigkeit bei 200 Pa von zumindest 1500 l/m2s auf. Weit höhere Werte sind für die Luftdurchlässigkeit ebenso möglich. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern erfasst Kombifiltermedien mit einer Luftdurchlässigkeit in der Partikelfilterlage von zumindest 300 l/m2s ebenfalls. According to the invention, the filter element 13 has a combination filter medium which has at least one particle filter layer and at least one activated carbon layer with activated carbon particles from an activated carbon medium. The activated carbon layer has a basis weight of 200 to 1200 g / m 2 and the combination filter medium is electrostatically charged and the particle filter layer of the combination filter medium has an air permeability at 200 Pa of at least 1500 l / m 2 s according to this embodiment. Far higher values are also possible for the air permeability. However, the invention is not limited to this, but also detects combination filter media with an air permeability in the particle filter layer of at least 300 l / m 2 s.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, ein vergleichsweise luftdurchlässiges Partikelfilter medium einzusetzen, welches elektrostatisch aufgeladen ist, wodurch der Druckverlust der Partikelfilterlage gering gehalten werden kann, dabei jedoch ein sehr hoher Anfangs- abscheidegrad sichergestellt werden kann. Zur Sicherstellung des hohen PM10 Abscheidegrades von beispielsweise > 80 % nutzt die erfindungsgemäße Lösung nun das Zeitverhalten des Fraktionsabscheidegrades der elektrostatisch wirkenden Partikelfilterlage (Elektretfilterlage) im Zusammenspiel mit der Gasdurchbruchscharakteristik der Aktivkohlefilterlage aus. Durch die - im Vergleich zur reinen Feinstaubabscheidung - deutlich kürzeren Serviceintervalle der Aktivkohlefilter lage (siehe o. g. Beispielrechnung) wird die Elektretfilterlage immer im optimalen Funkti onsbereich betrieben, in dem der initiale elektrostatische Abscheideeffekt noch weitge hend erhalten ist und eine PM10 Abscheidung > 80 % gewährleistet ist. According to the invention, it is provided to use a comparatively air-permeable particle filter medium which is electrostatically charged, as a result of which the pressure loss of the particle filter layer can be kept low, but a very high degree of initial separation can be ensured. To ensure the high PM10 separation efficiency of, for example,> 80%, the solution according to the invention now uses the time behavior of the fraction separation efficiency of the electrostatically acting particle filter layer (electret filter layer) in conjunction with the gas breakthrough characteristic of the activated carbon filter layer. Due to the significantly shorter service intervals of the activated carbon filter layer (compared to pure particulate matter separation) (see example calculation above), the electret filter layer is always operated in the optimal functional range, in which the initial electrostatic separation effect is largely preserved and PM10 separation> 80% is guaranteed .
Bei der Luftstromerzeugungsvorrichtung 17 handelt es sich vorliegend um ein Radialge bläse 17, welches ansaugseitig aus akustischen Gründen ein Strömungsleitgitter 16 auf weist. Alternativ können auch Axialgebläse eingesetzt werden, wenn diese im konkreten Einzelfall zur Anlagenkennlinie passen. The air flow generating device 17 is a Radialge blower 17, which has a flow guide 16 on the suction side for acoustic reasons. Alternatively, axial fans can be used if they match the system characteristic in a specific case.
Das Innengehäuse 19 stellt einen Strömungskanal 192 bereit, der sich in Strömungsrich tung S hinter der Luftstromerzeugungsvorrichtung 17 weitet, um die Strömungsgeschwin digkeit zu reduzieren, was in der Abbildung durch die Strömungspfeile S angedeutet ist. Zwischen dem Innengehäuse 19 und dem Außengehäuse 18 liegt ein Spalt 191 vor, der die im Innengehäuse 19 angeordnete Anlagentechnik vor Beschädigungen durch Van dalismus bedingte mechanische Einwirkungen schützt, indem dieser einen Verformungs raum für die Außenhülle bereitstellt. The inner housing 19 provides a flow channel 192, which widens in the direction of flow S behind the air flow generating device 17 in order to reduce the flow speed, which is indicated in the figure by the flow arrows S. Between the inner housing 19 and the outer housing 18 there is a gap 191, which protects the system technology arranged in the inner housing 19 from damage caused by van dalism mechanical effects by providing a deformation space for the outer shell.
Die Luftstromerzeugungsvorrichtung 17 wird durch einen Elektromotor angetrieben, wozu die Umgebungsluftreinigungsvorrichtungs-Anordnung 100 einen Stromanschluss 103 aufweist, der an einer Seitenwand 104 des Sockels 106 vorliegt und in einer Montagean ordnung mit einer Versorgungsleitung verbindbar ist. The airflow generating device 17 is driven by an electric motor, for which purpose the ambient air cleaning device arrangement 100 has a power connection 103 which is present on a side wall 104 of the base 106 and can be connected in a mounting arrangement to a supply line.
Im Gehäuse 1 , nämlich im Spalt 191 zwischen Innen- 19 und Außengehäuse 18, ist zu dem ein Schadstoffsensor 12, insbesondere ein Feinstaubsensor 12 zur Messung von PM2,5 und PM10, angeordnet, mittels dem zumindest einen Luftqualitätsmesswert an der Lufteintrittsöffnung 20 erfassbar ist. Das Innengehäuse 19 und das Außengehäuse 18 sind vorliegend mittels einer inneren Gitterstruktur 21 verbunden, über die im Wesentlichen die Gehäusesteifigkeit bereitge stellt wird. Fig. 3 zeigt eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung 10, die der in Fig. 2 gezeigten ent spricht, in einer isometrischen Ansicht, wobei die räumliche Anordnung der inneren Vor richtungsbestandteile besser erkennbar ist. Die Wandungen sowohl des Innengehäuses 19 als auch des Außengehäuses 18 sind dazu teilweise ausgeblendet. Die Außengehäu seelemente 181 können als eine Tür an der Gitterstruktur 21 gelagert an Türscharnieren und mit einem Schloss versehen ausgeführt sein, über die das Vorvlies und das (Haupt- ) Filterelement 13 mit den Filterbälgen aus Kombifiltermedium zugänglich sind und aus getauscht werden können. In the housing 1, namely in the gap 191 between the inner 19 and outer housing 18, a pollutant sensor 12, in particular a particulate matter sensor 12 for measuring PM2.5 and PM10, is arranged, by means of which at least one air quality measurement value at the air inlet opening 20 can be detected. The inner housing 19 and the outer housing 18 are connected in the present case by means of an inner lattice structure 21, via which the housing rigidity is essentially provided. Fig. 3 shows an ambient air purification device 10, which speaks ent shown in Fig. 2, in an isometric view, the spatial arrangement of the inner components of the device is better recognizable. For this purpose, the walls of both the inner housing 19 and the outer housing 18 are partially hidden. The Außenengehäu seelemente 181 can be designed as a door on the lattice structure 21 mounted on door hinges and provided with a lock through which the nonwoven fabric and the (main) filter element 13 are accessible with the filter bellows made of combination filter medium and can be replaced.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10), die zur Entfernung von Stäu ben, insbesondere Feinstaub, und Schadgasen, insbesondere Stickoxiden, aus der Umgebungsluft ausgebildet ist, wobei die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) ein Gehäuse (1 ) mit zumindest einer Strömungseintrittsöffnung (20) und zumindest einer Strömungsaustrittsöffnung (11 ) und zumindest ein zwischen der Strömungsein trittsöffnung (20) und der Strömungsaustrittsöffnung (11 ) angeordnetes Filterelement (13) sowie eine Luftstromerzeugungsvorrichtung (17) aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen Luftstrom von der Strömungseintrittsöffnung (20) durch das Filterelement (13) zu der Strömungsaustrittsöffnung (11 ) zu erzeugen, wobei das Filterelement (13) zumindest einen Filterbalg aus einem gefalteten Kombifiltermedium aufweist, das zu mindest eine Partikelfilterlage und zumindest eine Aktivkohlelage aufweist, die auf der Partikelfilterlage angeordnet ist, wobei die Aktivkohlelage Aktivkohlepartikel aus einem Aktivkohlematerial aufweist, 1. Stationary ambient air cleaning device (10), which is designed to remove dusts, in particular fine dust, and harmful gases, in particular nitrogen oxides, from the ambient air, the ambient air cleaning device (10) being a housing (1) with at least one flow inlet opening (20) and at least a flow outlet opening (11) and at least one between the Strömein inlet opening (20) and the flow outlet opening (11) arranged filter element (13) and an air flow generating device (17) which is designed to an air flow from the flow inlet opening (20) through the filter element (13) to the flow outlet opening (11), wherein the filter element (13) has at least one filter bellows made of a folded combination filter medium which has at least one particle filter layer and at least one activated carbon layer which is arranged on the particle filter layer, the activated carbon layer comprising activated carbon particleshas an activated carbon material,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivkohlelage ein Flächengewicht von 200 bis 1200 g/m2 aufweist und das Kombifiltermedium elektrostatisch aufgeladen ist und die Partikelfilterlage des Kombifiltermediums eine Luftdurchlässigkeit bei 200 Pa von zu mindest 300 l/m2s aufweist. characterized in that the activated carbon layer has a basis weight of 200 to 1200 g / m 2 and the combination filter medium is electrostatically charged and the particle filter layer of the combination filter medium has an air permeability at 200 Pa of at least 300 l / m 2 s.
2. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchlässigkeit der Partikelfilterlage des Kombifilterme diums bei 200 Pa zumindest 800 l/m2s, bevorzugt zumindest 1500 l/m2s beträgt. 2. Stationary ambient air purification device (10) according to claim 1, characterized in that the air permeability of the particle filter layer of the combi filter medium at 200 Pa is at least 800 l / m 2 s, preferably at least 1500 l / m 2 s.
3. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Aktivkohlelage vorgesehene Aktivkohle menge derart ausgelegt ist, dass deren Adsorptionskapazität für ein vorbestimmtes Schadgas, insbesondere ein Stickoxid, insbesondere Stickstoffdioxid, bei einer vor bestimmten Schadgaskonzentration in der Umgebungsluft erschöpft ist bevor die durch die elektrostatische Ladung des Kombifiltermediums hervorgerufene Abschei dewirkung einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, wobei der vorbestimmte Schwellwert insbesondere mindestens 50 % der ursprünglichen Abscheideleistung im Neuzustand für NaCI-Partikel der Fraktion 0,3 pm bei 0,2 m/s gemäß DIN71460-1 nach einer Betriebsdauer von 4 Wochen beträgt oder alternativ eine ePM10 Effizienz gemäß ISO16890 von mindestens 50 % im Vergleich zum Neuzustand. 3. Stationary ambient air cleaning device (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the amount of activated carbon provided in the activated carbon layer is designed such that its adsorption capacity for a predetermined harmful gas, in particular a nitrogen oxide, in particular nitrogen dioxide, at a predetermined concentration of harmful gas in the Ambient air is exhausted before the separation effect caused by the electrostatic charge of the combination filter medium falls below a predetermined threshold value, the predetermined threshold value in particular at least 50% of the original separation performance in the new state for NaCl particles according to the fraction 0.3 pm at 0.2 m / s DIN71460-1 after an operating time of 4 weeks or alternatively an ePM10 efficiency according to ISO16890 of at least 50% compared to the new condition.
4. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivkohlematerial eine Stickoxid-Adsorpti onskapazität (NOx) nach 3 h gemäß ISO 11155-2 bei 30 ppm Stickoxid (NOx) zwi schen 20 und 200 mg/g aufweist, bevorzugt zwischen 50 und 150 mg/g. 4. Stationary ambient air purification device (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the activated carbon material has a nitrogen oxide adsorption capacity (NO x ) after 3 h according to ISO 11155-2 at 30 ppm nitrogen oxide (NO x ) between 20 and 200 mg / g, preferably between 50 and 150 mg / g.
5. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (13) ein V-Zellenelement ist, das zumindest sechs, bevorzugt zumindest acht, jeweils V-förmig zueinander ange ordnete Filterbälge aufweist, die insbesondere von einem gemeinsamen Rahmen ge halten werden. 5. Stationary ambient air cleaning device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the filter element (13) is a V-cell element which has at least six, preferably at least eight, each arranged in a V-shape with respect to each other, particularly from be held within a common framework.
6. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterfläche eines einzelnen Filterbalgs 0,5 bis 2,5 m2 beträgt, bevorzugt 1 bis 1 ,6 m2. 6. Stationary ambient air cleaning device (10) according to claim 5, characterized in that the filter area of an individual filter bellows is 0.5 to 2.5 m 2 , preferably 1 to 1, 6 m 2 .
7. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombifiltermedium zumindest eine weitere Lage aufweist, die insbesondere auf einer der Partikelfilterlage abgewandten Seite der Aktivkohlelage angeordnet ist. 7. Stationary ambient air cleaning device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the combination filter medium has at least one further layer, which is arranged in particular on a side of the activated carbon layer facing away from the particle filter layer.
8. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Lage als Trägerlage ausgebildet ist, bezüglich der die Aktivkohlepartikel der Aktivkohlelage immobilisiert sind, wobei die Trägerlage ins besondere eine Luftdurchlässigkeit bei 200 Pa von größer als 3000 l/m2s und/oder ein Flächengewicht zwischen 25 g/m2 und 75 g/m2 aufweist. 8. Stationary ambient air cleaning device (10) according to claim 7, characterized in that the further layer is designed as a carrier layer, with respect to which the activated carbon particles of the activated carbon layer are immobilized, the carrier layer in particular having an air permeability at 200 Pa of greater than 3000 l / m 2 s and / or a basis weight between 25 g / m 2 and 75 g / m 2 .
9. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelfilterlage ein Spinnvliesmaterial, insbesondere Polyethylenterephthalat- oder Polypropylen-Spinnvliesmaterial, und/oder ein Nadelvliesmaterial, insbesondere ein Polypropylen- oder Polyethylen- terephthalat-Nadeivlies, und/oder eine Meltblownlage aufweist und/oder ein Mehr- komponentenfasermaterial, insbesondere mit Bikomponentenfasern mit einer Polyp ropylen/Polyacrylnitril-Komponente aufweist. 9. Stationary ambient air cleaning device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the particle filter layer is a spunbonded material, in particular polyethylene terephthalate or polypropylene spunbonded material, and / or a needle-punched nonwoven material, in particular a polypropylene or polyethylene terephthalate nonwoven, and / or a meltblown layer and / or a multi-component fiber material, in particular with bicomponent fibers with a polypropylene / polyacrylonitrile component.
10. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivkohlepartikel des Aktivkohlematerials eine Korngröße von 10 bis 80 mesh, insbesondere 30 bis 60 mesh, aufweisen und/oder das Aktivkohlematerial eine BET-Oberfläche von 500 bis 1500 m2/g auf weist. 10. Stationary ambient air cleaning device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the activated carbon particles of the activated carbon material have a grain size of 10 to 80 mesh, in particular 30 to 60 mesh, and / or the activated carbon material has a BET surface area of 500 to 1500 m 2 / g.
1 1 . Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsluftreinigungsvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, zumindest in Abhängigkeit eines Niederschlagsparameters der Umgebung einen Betriebszustand der Luftstrom erzeugungsvorrichtung zu beeinflussen, insbesondere dazu, diese bei Regen abzu schalten oder zu drosseln. 1 1. Stationary ambient air cleaning device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the ambient air cleaning device has a control device which is set up to influence an operating state of the air flow generating device at least as a function of a precipitation parameter of the environment, in particular to switch it off when it rains or throttle.
12. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombifiltermedium zumindest eine noch weitere Lage aufweist, die als antimikrobielle und/oder antiallergene Lage ausgebildet ist, die zumindest einen antimikrobiellen und/oder antiallergenen Stoff aufweist. 12. Stationary ambient air cleaning device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the combination filter medium has at least one further layer, which is designed as an antimicrobial and / or anti-allergenic layer, which has at least one antimicrobial and / or anti-allergenic substance.
13. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der antiallergene Stoff Polyphenole und/oder antiallergene En zyme aufweist und/oder 13. Stationary ambient air cleaning device (10) according to claim 12, characterized in that the anti-allergenic substance comprises polyphenols and / or anti-allergenic enzymes and / or
- der antimikrobielle Stoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus antimikro biellen Metallen und Metallverbindungen, insbesondere Silber, Kupfer und Alumini umverbindungen, Nanosilber, Zink-Pyrithion, Octa-isothiazolon, 2-Brom-2-nitropro- pan-1 ,3-diol, Isothiazolinonverbindungen, Benzoesäure und deren Derivate, Benzal- koniumhalogenide, wasserlösliche Coenzyme, öllösliche Coenzyme, Pflanzenex trakte, Antibiotika, biozide Metalle, aliphatische und aromatische Fettsäuren und quartäre Tenside. - The antimicrobial substance is selected from the group consisting of antimicrobial metals and metal compounds, especially silver, copper and aluminum compounds, nanosilver, zinc pyrithione, octa-isothiazolone, 2-bromo-2-nitropropane-1, 3-diol , Isothiazolinone compounds, benzoic acid and its derivatives, benzalkonium halides, water-soluble coenzymes, oil-soluble coenzymes, plant extracts, antibiotics, biocidal metals, aliphatic and aromatic fatty acids and quaternary surfactants.
14. Stationäre Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelfilterlage eine NaCI-Effizienz nach DIN71460-1 bei 0,2 m/s von 15 bis 99 %, insbesondere 20 bis 80 %, aufweist. 14. Stationary ambient air purification device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the particle filter layer has a NaCI efficiency according to DIN71460-1 at 0.2 m / s of 15 to 99%, in particular 20 to 80%.
15. Betriebsverfahren einer stationären Umgebungsluftreinigungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend die Schritte 15. Operating method of a stationary ambient air cleaning device (10) according to one of claims 1 to 14, comprising the steps
a) Mittels der Luftstromerzeugungsvorrichtung (17) Fördern von Umgebungsluft durch das zumindest eine Filterelement (13), dabei Adsorbieren zumindest eines vor- bestimmten Schadgases in der Aktivkohlelage des Kombifiltermediums des Filterele ments (13),  a) by means of the air flow generating device (17) conveying ambient air through the at least one filter element (13), thereby adsorbing at least one predetermined harmful gas in the activated carbon layer of the combined filter medium of the filter element (13),
b) So lange Durchführen von Schritt a) bis die Adsorptionskapazität des in der Aktiv kohlelage vorhandenen Aktivkohlematerials für ein vorbestimmtes Schadgas bei ei ner vorbestimmten Schadgaskonzentration in der Umgebung erschöpft ist, jedoch be- vor die durch die elektrostatische Ladung des Kombifiltermediums hervorgerufene Abscheidewirkung einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, dadurch Errei chen eines Auslegungs-Serviceintervalls,  b) Performing step a) until the adsorption capacity of the activated carbon material present in the activated carbon layer for a predetermined harmful gas is exhausted at a predetermined harmful gas concentration in the environment, but before the separation effect caused by the electrostatic charge of the combination filter medium has a predetermined threshold value falls below, thereby reaching a design service interval,
c) Austauschen des aus Schritt b) beladenen Filterelements (13) gegen ein neues Filterelement (13) mit unverbrauchter Filterkapazität.  c) Replacing the filter element (13) loaded from step b) with a new filter element (13) with unused filter capacity.
16. Betriebsverfahren nach Anspruch 15, wobei das Auslegungs-Serviceintervall in ei nem Bereich zwischen 2 d und 200 d liegt. 16. The operating method according to claim 15, wherein the design service interval is in a range between 2 d and 200 d.
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