專利名稱：用于紫外線消毒的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于紫外線消毒的系統和方法，并且更具體的，涉及一種系統和方法，用于通過紫外線消毒空氣和其他氣體。
背景技術：
在本技術領域中，眾所周知紫外線燈(UV)可以用于空氣的消毒處理。當殺菌波長為253.7納米時，紫外光能夠改變細胞中的遺傳物質(DNA)，使得細菌、病毒、霉菌、藻類以及其它微生物無法繼續(xù)繁殖。微生物被認為已經死亡，并且由此產生疾病的風險被消除。當氣流經過紫外線消毒系統的紫外線燈時，微生物被暴露于致命劑量的紫外線能量中。用產生的紫外線光強度乘以暴露于紫外線燈射線中的時間來計算紫外線的劑量。微生物學家已經測定，破壞廢水中發(fā)現的致病原以及指示生物所需紫外線能量的有效劑量為大約34,000微瓦一秒/平方厘米。典型先有技術的消毒系統和設備所發(fā)射的紫外光大約為254納米，它能夠穿過微生物的細胞外膜，透過細胞體，到達DNA并改變微生物的遺傳物質，不用化學物質，通過使它無法繁殖而將其破壞。
紫外光被劃分為三個波長范圍UV-C，從大約200納米(nm)至大約280納米；UV-B，從大約280納米至大約315納米；以及UV-A，從大約315納米至大約400納米。通常，紫外光，以及具體的，UV-C是“殺菌劑”，也就是說，它能夠滅活細菌、病毒以及其他致病原的DNA，從而破壞它們的繁殖能力和致病力，對微生物產生有效的殺滅作用。具體的，紫外“C”光能夠通過在DNA的某些相鄰堿基間形成共價鍵來破壞微生物的核酸。這些鍵的形成會防礙DNA的正確閱讀以及復制。實際上，當一種生物體無法產生這些必需的分子或者生物體不能產生生命過程中的必需分子，或其不能復制時，它就會死亡。波長介于接近大約250至大約260納米的紫外光能夠提供最高的殺菌效果。盡管對于紫外光的易感性各不相同，但暴露于大約20至大約34微瓦一秒/平方厘米的紫外線能量足以滅活接近99％的致病原。
另外，紫外光能夠催化多種其他的化學反應，并且使用紫外光與任一種可獲得的過?；瘜W催化劑或其組合能夠產生多種可能的催化組合物，用于降解有機微粒物質。這些光催化劑中的一類，術語稱作紫外線活化的絕緣半導體，包括氧化鈦；TiO2(光活化波長；不超過388納米)，氧化鎢；WO2(光活化波長；不超過388納米)，氧化鋅；ZnO(光活化波長；不超過388納米)，硫化鋅；ZnS(光活化波長；不超過344納米)以及氧化錫；SnO2(光活化波長；不超過326納米)。除了這些催化劑外，還知道其他的催化劑，比如PtTiO2。
在先有技術的空氣凈化系統中，通過過濾、吸收、靜電沉淀以及其他捕集法除去顆粒，包括例如室內和空氣灰塵、麻布、動物鱗屑、食物微粒、煙草煙霧、懸浮微塵、花粉、植物芽孢等等。通過活性炭過濾除去化合物。另外，可以通過UVV照射，或通過光催化劑，比如氧化鈦的氧化作用降解顆粒和化合物。
盡管這種傳統空氣清潔器對于捕集灰塵和其他顆粒非常有效，但如果不規(guī)律的清潔濾器或收集盤以除去沉積的顆粒，微生物就可能在濾器或收集盤上的顆粒上生長。如果存在微生物的生長，并且未通過規(guī)律徹底的清潔除去，生物懸浮微粒，比如真菌孢子、細菌以及其他變態(tài)反應原就有可能被重新夾帶入氣流，并且循環(huán)流回進入已充滿的封套內。
幾種先有技術發(fā)明已經使用紫外線照射顆粒捕集設備或氣流本身以殺滅駐留的微生物。這些發(fā)明，正如US patents 5,997,619，12/07/99；Knuth等人；5,925,320；07/20/99；Jones；5,833,740；11/10/98；Brais；6,053,968；04/25/00；Miller所述。盡管這些先有技術可能足以捕集顆粒物質和化合物并且滅活微生物，它們仍不能將其降解，因此需要頻繁的定期維護以清潔或更換捕集設備。
現在發(fā)現，通過將氧化鈦或其他光催化劑整合入捕集設備并用紫外光照射氧化鈦有可能降解顆粒物質和其他化合物。氧化鈦能夠在捕集的顆粒中和鄰近捕集設備處催化化學分子的分解。例如，US Patent 5,933,702；5,919,422；以及5,835,840使用裝滿或充滿氧化鈦的濾器或支柱，并將這些濾器裝配至通氣系統，在那里它們如果不是本身暴露于自然紫外線光源中，便被紫外射線源照射。另外，還用十一碳烯衍生物處理含有氧化鈦的濾器，以輔助化合物的分解。例如，Caupin等人(US Patent 6,071,472)指出，從空氣質量的觀點以及并行的，所觀察濾器的壽命顯著大幅增加看來，含有氧化鈦以及十一碳烯衍生物的濾器的功能被證明是驚人的有效，濾器的逐漸污染看起來實際上只是無機顆粒的潴留所致。但是，這項以及其他先有技術都需要一個設備專用的紫外線光源，并且決沒有說明紫外光可以由光纖導線或類似的使用光學部件聚焦和控制光輸入來提供。
US Patent 6,051,194總體上涉及一個固定床光催化反應器系統，其使用光纖作為遠程光傳輸的方法并支持光催化劑涂層。該反應器支持批處理和連續(xù)流水作業(yè)，例如，用于破壞被碳氫化合物或重金屬污染的氣相或液相流出廢物。反應器使用一個或多個強化光纖或桿，或在張力下形成無柔韌性的桿狀部件，定位固定至一個反應器皿，并相互之間以極小的間距，優(yōu)先選擇1.5毫米相隔。為了形成并保持間隔的構造，關鍵是使用強化的、拉緊的或無柔韌性的桿狀纖維。纖維具有一個非催化部分和一個催化部分，其中催化部分在暴露的纖維上包含一個TiO.sub.2催化劑涂層。通過使用纖維的非催化部分從光源傳導光線，例如紫外線至催化部分來進行光催化反應。由于纖維具有將光線傳輸至涂層催化部分的功效，光源可以位于距纖維的催化部分相對較遠的部位。
由于照這樣的一種濾器需要由單一或數條纖維編織而成，這種反應器并不是特別適合于氣流的微過濾。如果使用大量的傳輸線，它們將需要與光源相連。盡管這種結構在技術上是可行的，但產生的濾器將相對昂貴并且安裝和拆卸麻煩。另外，Peill等人所描述的反應器需要在單個濾器之間保持間隔以使濾器間的接觸最小化，因為這種接觸會促進氧化鈦涂層的離層。因此，使用隔離物來保持濾器間的分離構造。這種分離構造會妨礙對氣流進行足夠的物理過濾。另外，Peill等人沒有說明使用光學部件來聚焦和控制光輸入。因此，這種先有技術反應器的說明遠離了依據本發(fā)明的構造。
因此，需要一種保養(yǎng)費用低且廉價的空氣和其他氣體紫外線凈化系統，該系統應能夠凈化氣流，在設備附近滅活微生物，能夠自我清潔并易于操作，并且使用遠程紫外光源。

發(fā)明內容
本發(fā)明指向一種用于處理氣流的紫外線凈化系統和方法。
本發(fā)明的一個目標是提供一種用于處理氣流的紫外線消毒系統，其構造和排列能夠使用至少一種紫外光源或燈有效的運行。
本發(fā)明的另一目標是提供一種紫外線即期氣流凈化器，它經過設計，能夠接受一種紫外光源輸入，用于殺滅被捕集器捕獲的微生物，即使是暫時的。
本發(fā)明的另一目標包括展示一種紫外光源，其與氣體凈化器分離并能夠與之通過光纖、紫外線傳輸線遠程連接。
本發(fā)明的另一目標是提供一種紫外線即期氣流凈化器，它經過設計，能夠接受一種紫外光源輸入，用于通過紫外線激活整合入凈化器的光催化劑來實現捕集顆粒與化合物的降解。
本發(fā)明還有另一個目標，就是提供一種方法，用于在氣流內部提供紫外線消毒(UV)，包括選擇性激活和滅活至少一個紫外光即期氣流凈化器，其顆粒捕集器中具有至少一個入口，用于接受來自至少一個光源的紫外光輸入，該光源通過入口處的連接器與至少一個紫外光即期氣流凈化器可拆卸的連接，并提供一種聚焦的、可控制的紫外光輸出，具有至少一個紫外線照射區(qū)用于有效的殺滅微生物和在氣流凈化器的內部進行消毒。
因此，本發(fā)明一方面提供一種用于處理氣流的紫外線消毒系統，其構造和排列能夠使用至少一種紫外光源或燈有效的運行。
本發(fā)明的另一方面提供一種紫外線即期氣流凈化器，它經過設計，能夠接受一種紫外光源輸入，用于殺滅被顆粒捕集器捕獲的微生物，即使是暫時的。
本發(fā)明另一方面展示了一種紫外光源，其與氣體凈化器分離并能夠與之通過光纖、紫外線傳輸線遠程連接，并包括光學部件的使用。
本發(fā)明還有一方面，就是提供一種紫外線即期氣流凈化器，它經過設計，能夠接受一種紫外光源的輸入，用于通過紫外線激活整合入凈化器的光催化劑來實現捕集顆粒和化合物的降解。
本發(fā)明還有另一方面，就是提供一種方法，用于在氣流內部提供紫外線消毒(UV)，包括選擇性激活和滅活至少一個紫外光即期氣流凈化器，其顆粒捕集器中具有至少一個入口，用于接受來自至少一個光源的紫外光輸入，該光源通過入口處的連接器與至少一個紫外光即期氣流凈化器可拆卸的連接，并提供一種聚焦的、可控制的紫外光輸出，具有至少一個紫外線照射區(qū)用于有效的殺滅微生物和在氣流凈化器的內部進行消毒。
對于本技術領域的熟練人員而言，閱讀下列依據本發(fā)明之優(yōu)選實施例的說明后，當與圖表一起考慮時，本發(fā)明的這些和其他方面將是顯而易見的。


圖1是完整紫外線空氣消毒系統的一幅示意圖。
圖2是本發(fā)明的隱蔽管道構造的一幅示意圖。
具體實施例方式
在下面的說明中，用相似的參考字符標明貫穿幾個視圖的相似或相應部分。同樣在下列說明中，應當了解比如“向前”、“向后”、“前面”、“后面”、“右側”、“左側”、“向上”、“向下”等術語是方便的詞語，而不應被解釋為限制性術語。
現在總的提到圖表，插圖的目的是用于描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而不是另外限制本發(fā)明。圖1顯示了一個紫外線空氣消毒系統的一幅示意圖，總的描述為10。在優(yōu)選實施例中，電源12為紫外光源14供電。紫外光源由一盞紫外線燈15、光源光學部件16以及一個外殼17組成。依靠光源光學部件16聚焦并控制包含在外殼17中的紫外燈15所產生的紫外光進入至少一條紫外線傳輸線18，其在入口22處連接至氣流凈化器20，從而將紫外光傳輸至氣體，如果需要超過一種光輸入，入口22可以選擇作為至少一個入口。氣流凈化器入口配有進一步控制氣流凈化器20處紫外光的光學部件，或入口光學系統，32以提供額外的聚焦和/或控制用于消毒氣流的紫外光(未顯示)。氣流凈化器由照射區(qū)34和外殼36組成。照射區(qū)可以包含一個照射傳輸設備。照射區(qū)和外殼可以配備紫外線反射光學部件，或內部光學系統26，并且還可以包括紫外線反射內表面和/或涂層28。為了使用壽命以及紫外線反射率，內表面可以由選自紫外線反射金屬和合金，例如不銹鋼、鋁以及類似材料所構成小組的紫外線反射物質制造。；另一方面或者另外，還可以使用其它非金屬紫外線反射材料。另外，可以通過將紫外線反射材料和增強反射的二維和三維設計整合入氣體凈化器來利用內表面反射系數對于系統效率的貢獻。此外，還可以在凈化器區(qū)加入附加表面以提高反射系數。另外，可以加工包括但不局限于顆粒捕集設備、光纖導線以及反射表面的部件，包括氣流凈化器，使得它們含有能夠降解接觸氣體凈化器區(qū)(GPZ)表面之化合物的光催化劑。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，在GPZ中包括一個顆粒捕集器作為照射傳輸設備。更具體的，顆粒捕集器和其他部件形成了一個完整的二維和三維設計，其整合了紫外線反射材料、紫外線反射設計、光催化劑以及附加的光催化劑和反射表面，有利于提高系統的效率。
盡管總體上注重依據本發(fā)明之紫外光源和構造，優(yōu)選實施例仍包括一個能夠通過至少一條光纖導線遠程連接至氣流凈化器的光源。另外，本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括至少一個光學部件，其定位于紫外光源和紫外光源系統輸出點之間。有利的是，光學部件的使用能夠使系統對于任何給定的紫外光源或燈都將輸出的強度最大化、聚焦并控制紫外光線。并且，可以聯合使用光學部件，包括但不局限于反射鏡、遮光器、透鏡、分流器、鏡面、硬和軟光導管、均化器或混合棒、集合管以及其他耦合器、濾器、色輪等，以獲得所需的控制和輸出，正如U.S.patent numbers 6,027,237；5,917,986；5,911,020；5,892,867；5,862,277；5,857,041；5,832,151；5,790,725；5,790,723；5,751,870；5,708,737；5,706,376；5,682,448；5,661,828；5,559,911；D417,920中所闡述的，它們通常都為本發(fā)明的代理人所擁有，在此將其全文并入作為參考。另外，還可以使用比如光柵、分色濾光器、聚焦裝置、梯度透鏡、梯度反射鏡、偏軸透鏡以及偏軸反射鏡等光學部件。本發(fā)明中所包括的全部紫外線透射光學部件都由紫外線透射材料制造，并且本發(fā)明中所包括的全部紫外線反射光學部件都由紫外線反射材料制造。光纖線可以包括石英纖維、側面發(fā)射纖維、玻璃纖維、聚丙烯纖維、液相穴纖維、空心纖維、芯鞘纖維、絕緣共軸纖維或混合纖維。
關于透鏡，有幾個實施例被認為是在本發(fā)明的范圍之內。成像透鏡，比如拋物面透鏡，以及非成像透鏡，比如梯度透鏡，都可以用于聚焦并控制光輸出。更具體的，梯度透鏡收集通過一個收集孔的光線并將其聚焦至小于收集孔面積的區(qū)域。通過以連續(xù)或半連續(xù)的方式沿著光透射軸改變折射系數來完成這種集中，使得光線被通過折射“匯集”至焦點區(qū)域。梯度透鏡技術的一個實例是Solaria公司制造的Gradium透鏡。作為選擇，還可以使用如United States Patent 5,836,667中所描述的環(huán)形反射鏡。在本實施例中，紫外線輻射源，比如弧光燈位于一個偏離凹環(huán)形反射面光軸的點上。第一凹反射鏡將來自光源的射線聚焦在一個偏離光軸的偏軸成像點上。相對于球形反射表面而言，環(huán)形反射表面的使用能夠通過偏軸幾何學充分的減少光形差來提高至小目標，比如光纖的收集效率。將一個第二凹反射鏡放在第一反射鏡的對面以進一步提高小目標所收集的總通量。
此外，多個反射鏡可以與一盞燈一起使用。例如，在優(yōu)選實施例中可以整合入雙反射鏡或三個或更多反射鏡，如US Patents 5,706,376與5,862,277中所指出。
值得注意的是，根據氣體或流體的特性以及通過系統的流率，由各種材料，例如主要由汞(Hg)制成的任何數量的燈，包括低壓、中壓、高壓以及超高壓燈，都可以與依據本發(fā)明之系統一起使用。此外，盡管主要由于與之相關的能量效率低下和先有技術設計與構造方案缺乏包含高壓紫外線燈的能力，至今任何先有技術系統都未曾在商業(yè)上使用高壓和超高壓燈，本發(fā)明仍然有利的適合于容納中壓至高壓至超高壓燈，它們可以全部是金屬、鹵素以及金屬鹵化物的組合。另外，還可以使用光譜校準燈，無電極燈等等。
特別的，作為實例而不是限制，依據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例使用一種包含鉛筆型光譜校準燈的光泵。使用光泵，可以減少處理給定數量氣流凈化器所需燈的數量。并且，由于不暴露于需凈化的氣流中，燈不易受污垢的影響。此外，凈化器的保養(yǎng)和維修被大大簡化了。鉛筆型光譜校準燈結構緊湊并能夠提供窄的高強度輻射，平均強度恒定并且可重復，并且相對于其他高瓦數燈壽命更長。這種類型的汞(Ar)燈通常對于溫度不敏感，并且只需要2分鐘的預熱使得汞蒸汽支配放電，然后只需要30分鐘完成穩(wěn)定化。在依據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中使用汞(Ar)燈，其目前可在市場上購買到并且由ORIELInstruments提供。6035型ORIEL汞(Ar)燈發(fā)出的紫外線輻射為254納米。當使用直流電源以15毫安工作時，該燈在距離光源25厘米處發(fā)出74毫瓦/平方厘米的254納米輻射。
依據本發(fā)明的另一項優(yōu)選實施例使用中壓至高壓紫外線燈，更優(yōu)選高壓紫外線燈。這些燈可以包括汞和/或鹵化汞燈，比如Hg(Ar)，Hg(Xe)，和Hg(Ne)。
通過由紫外線透射光學聯接器連接的光學系統和纖維將這些光源產生的光線聚焦。作為實例而不是限制，這些聯接器可以是石英、充液、空心或絕緣共軸聯接器。
特別由于紫外線燈與氣體凈化器分離并且包括一個整合了光學部件的光線傳輸系統，本發(fā)明有利的包括所有上述特點。如果沒有光學部件與紫外光源的聯合使用，由于進入氣體凈化器的紫外線劑量不足以殺滅微生物，就無法有效的聚焦、引導和控制光強度以提供有效的消毒。通過使用整合入氣體凈化器本身的光學部件，氣體凈化器只需要被聯接至一條光纖導線以提供紫外光。另一方面，可以將光纖導線和氣體凈化器簡單的并列以允許傳輸線或其他光學系統射出的光線照射氣體凈化器。
光泵排列有益的延長了燈的壽命，因此提供了更長的更換時間或燈壽命周期。由于關閉和打開燈會減少燈的壽命，可以創(chuàng)立并設置系統，僅僅通過發(fā)送紫外光至需照射設備或區(qū)域使得其他器械和區(qū)域與氣體凈化器一起被間斷滅菌。因此，燈無需頻繁的開關。但是，可以將一個計時器或激活系統的其他方法整合入氣體凈化器以控制暴露。
有利的是，氣體凈化區(qū)在內部建有若干紫外線照射區(qū)(未顯示)；這些紫外線照射區(qū)各不相同，也就是說，輸出區(qū)域距引入光源的距離越大，則在特定區(qū)域、面積或體積處的紫外光強度越小。第一個區(qū)域是近端光源系統出口紫外線照射區(qū)，它發(fā)生于光源系統和氣體的交界面上。下一個區(qū)域是氣體內部紫外線照射區(qū)，它發(fā)生于氣體凈化器的內部。此區(qū)域可以是氣體區(qū)域或蒸汽區(qū)域，也就是說，如果引入濕氣，則可能存在蒸汽區(qū)域。最后一個區(qū)域是紫外線表面照射區(qū)，它發(fā)生于氣體凈化器的內表面。
氣體凈化器的內表面可以具有光催化特性，以使某些反應可以在鄰近內表面處被催化。這些光催化劑可以包括紫外線活化的絕緣半導體，比如氧化鈦；TiO2(光活化波長；不超過388納米)，氧化鎢；WO2(光活化波長；不超過388納米)，氧化鋅；ZnO(光活化波長；不超過388納米)，硫化鋅；ZnS(光活化波長；不超過344納米)以及氧化錫；SnO2(光活化波長；不超過326納米)。除了這些催化劑外，還知道其他的催化劑，比如PtTiO2并將其包括作為適合在本發(fā)明中使用的替代催化劑。
例如，可以將氧化鈦整合入由玻璃、聚丙烯、紙或其他合適材料制成的表面。當這種表面被活化光照射時，接觸或位于表面附近的脂肪酸和其他有機化學物質被化學降解，導致降解為更小的揮發(fā)性產物，比如二氧化碳和水。另外，在這樣一個系統中，一氧化碳和其他有害氣體也被氧化。因此，將氧化鈦或其他光催化材料整合入內表面，隨后用活化波長照射能夠降低數種潛在人體毒素－有機化學物質、一氧化碳以及其他煙霧或燃燒副產物的水平。有利的是，經過消毒的氣體凈化器完全不含有微生物，不需要加入會增加氣體凈化器表面殘留化學物質的化學物質或其他添加劑。
同樣，微生物、顆粒物質以及揮發(fā)性化學物質的最大破壞也取決于若干變量。例如，當濕度水平低于大約40％時，紫外線－氧化鈦系統不能提供足夠的微生物破壞。另一方面，如果正被處理的空氣濕度水平大于70％，則有機物的滅活也會不完全。當濕度介于大約40％至70％之間－優(yōu)選大約50-60％，更優(yōu)選大約50％左右時，對于在依據本發(fā)明之系統內部滅活有機物是有效的。同樣，如果污染空氣在凈化器區(qū)沒有合適的停留時間，就無法獲得完全消毒。因此，在氣流凈化器之前和/或之后可以有利的整合單功能或多功能氣流取樣器和其他設備42，以測定和控制比如濕度、溫度、氣體分壓等參數?？梢詼y定的氣體包括，但不局限于氧氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、硫化氫、一氧化氮、硫醇、碳氫化合物、甲烷以及其他揮發(fā)性有機化合物。
微生物的紫外線殺滅取決于紫外線的劑量，而后者是光強度和暴露時間的函數。因此可以通過增加紫外光的強度或通過延長暴露時間來增加紫外線的劑量?？梢酝ㄟ^降低紫外線照射區(qū)內的氣流速度、增大被照射氣體的體積、或在紫外線照射區(qū)捕集顆粒來延長暴露時間。一個實施例通過降低紫外線照射區(qū)內的氣流速度來延長暴露時間的例子是增加紫外線照射區(qū)內氣體管道的橫截面面積。由于管道的體積增加，氣體的速度將減低，因此延長了暴露時間。一個實施例通過增加被照射氣體的體積來延長暴露時間的例子是沿著氣體管道使用一排纖維以實現照射一段長度的氣體管道內部，而不是照射氣體管道內部的一小部分。這種實施例可以通過使用與氣流平行排列的側面發(fā)射纖維、沿著管道間隔的常規(guī)末端發(fā)射纖維、或具有光學系統沿著氣體管道內表面長度擴展紫外線照射的纖維來實現。在這種實施例中，采用單燈和多光纖導線的光泵能夠比使用多燈獲得擴展暴露面積的系統更顯著的降低系統的安裝和保養(yǎng)費用。最后，可以在紫外線照射區(qū)中插入顆粒捕集器以延長暴露時間。這些顆粒捕集器包括，但不局限于纖維濾器、高效顆粒捕集(HEPA)濾器、靜電聚塵器、旋風聚塵器等。這些顆粒捕集器可以包含光學部件和紫外線反射以及光催化特性，如同前述氣流凈化器的其他部件那樣，具有相應的獲益。這些顆粒捕集器還可以按大小排列，以便合適的裝配至現有氣體/HVAC系統中。
作為實例，而不是限制，在氣流中插入一個由氧化鈦和十一碳烯酸或其衍生物涂層的玻璃纖維制成的濾器以捕獲并降解氣流中含有的顆粒和揮發(fā)物。濾器經過光纖導線傳輸的紫外光照射，以實現顆粒與揮發(fā)物的降解并殺滅微生物。
光纖導線可以與顆粒捕集器分離或通過編織、編結或非編織方法整合入顆粒捕集器。顆粒捕集器還可以被制造成多層結構，以增加顆粒在照射區(qū)表面的停留時間，從而延長暴露于紫外線照射和整合入顆粒捕集器的光催化劑的時間。另外，PA纖維可以是一種延長停留時間的網目尺寸。另一方面，PA纖維還可以是減少停留時間但不導致氣壓降減少的網目尺寸。這種網目尺寸適合于一種再循環(huán)氣體凈化系統。在該系統中，氣體將多次穿過GPZ。因此，效率較低的PA也是足夠使用的，因為在第一次穿過GPZ時未能捕獲的顆粒最終將在隨后的通過中被捕獲。如果需要高氣體質量，可以使用多重串聯PAs，而不是單個無隙嚙合PA。這種系統比整合單個高效PA的系統發(fā)生故障的可能性更低，并且維修更便宜。另外，這種系統還易于使用基于光纖的系統照射，使得來自單個紫外線光源的紫外光傳輸至多個濾器。
濾器可以由多種纖維制造，包括，但不局限于聚丙烯、玻璃、石英、紙、纖維素、棉花和/或其他天然與合成的透明與不透明材料。這些纖維可以具備或不具備如前所述的光催化劑涂層。
盡管顆粒捕集器的設計能夠自我清潔，不降解的無機材料仍會在濾器上聚集，最終將其堵塞。因此，必須清潔或置換濾器。在一項優(yōu)選實施例中，濾器的設計與構造便宜，使得它能夠被置換或循環(huán)使用。
本系統的幾個優(yōu)點包括遠程燈無需像氣體凈化器內部燈那樣需要大量清潔保養(yǎng)以去除污物的事實。另外，由于凈化器的自我清潔特點，本系統的凈化器保養(yǎng)費用更低。同樣，凈化器只需要與一條光纖導線聯結或與光纖導線并列的事實使得凈化器中包括的部件，比如顆粒捕集設備易于更換。最后，光泵構造顯著的延長了燈的壽命。
因此，從依據本發(fā)明之本優(yōu)選實施例的優(yōu)點可以看出，依據本發(fā)明之本優(yōu)選實施例所需的保養(yǎng)費用顯著減少。
另一個優(yōu)選實施例對氣流使用逆流照射。在此實施例，一種受保護的逆流系統中，紫外線照射的方向以平行的方式逆向氣流。在接觸紫外線發(fā)射裝置前，氣流被引導偏離裝置。例如，在如圖2所示并通常附注為20的一個隱蔽管道構造中，從隱藏在隱蔽管道51中的紫外線發(fā)射光學設備50處以90度導走氣體，該隱蔽管道的設計是為了減少光學設備附近的氣體循環(huán)。另一方面或另外，可以用一種自我清潔的紫外線透明材料52來保護光學設備。這種構造能夠增加照射區(qū)并減少紫外線發(fā)射光學設備的污垢。當氣體濕度大，顆粒捕集器的污垢成為主要問題，并且未降解顆粒的微生物滅菌被認為足以凈化氣體時可以采用這種系統。另一方面，可以設置系統，使得紫外光最終到達一種光催化表面，用于管道和/或其他部件的自我清潔或有效的降解被捕集顆粒。這種實施例易于升級。例如，實施例的大小可以從具有單點紫外線照射的小型便攜式應用擴展至具有多點紫外線照射的大型完整氣體管道系統應用。
在優(yōu)選實施例中，至少一個入口光學器件被放置于氣體凈化器的入口孔處、入口孔和氣流凈化器或顆粒捕集器之間。至少一個入口光學器件的功能是控制紫外光在氣流中的分布，以提高系統的紫外線消毒和降解能力。入口光學器件可以類似于那些光源光學器件的描述，包括但不局限于反射鏡、遮光器、透鏡、分流器、鏡面、硬和軟光導管、均化器或混合棒、集合管以及其他耦合器、濾器、色輪等等，可以聯合使用以獲得所需的控制和輸出，正如U.S.patent numbers 6,027,237；5,917,986；5,911,020；5,892,867；5,862,277；5,857,041；5,832,151；5,790,725；5,790,723；5,751,870；5,708,737；5,706,376；5,682,448；5,661,828；5,559,911；D417,920中所闡述的，它們通常都為本發(fā)明的代理人所擁有，在此將其全文并入作為參考。另外，還可以使用比如光柵、分色濾光器、聚焦裝置、梯度透鏡以及偏軸反射鏡等光學部件。最后，還可以使用側面發(fā)射光纖導線將紫外光分布至濾器上。
用于入口光學器件的全部紫外線透射光學部件都由紫外線透射材料制造，并且用于入口光學器件的全部紫外線反射光學部件都由紫外線反射材料制造。這些光學器件可以延伸入氣流顆粒捕集器。例如，光纖導線可以被整合入氣流顆粒捕集器并用于將紫外光傳導至氣流顆粒捕集器的各個區(qū)域。光纖線可以包括石英纖維、側面發(fā)射纖維、玻璃纖維、聚丙烯纖維、液相穴纖維、空心纖維、芯鞘纖維、絕緣共軸纖維或混合纖維。另外，這些纖維延伸入氣流的部分可以用光催化劑涂層，使其能夠自我清潔。光學器件還可以被整合入氣體凈化器的結構。例如，在顆粒捕集器之前和/或之后的氣體凈化器內表面可以由紫外線反射材料制造，使得紫外線照射到達這些表面后被反射穿過氣流。
通過在氣流凈化器工作循環(huán)的預定時間激活紫外線光源或照射氣體凈化器的內表面可以順利的將這種紫外線消毒系統整合入氣體凈化器工作循環(huán)。另一方面，需要時可以手動激活紫外線消毒系統或通過編程在氣體流量到達某一閾值時激活，例如在自然通風系統中。
用于消毒氣流的方法包括提供一種含有至少一個光源的氣體凈化器，該光源被至少一條配置的光學連接所聯接，以提供聚焦的、可控制的光輸出至氣體凈化器，以及一個控制機制，從而產生至少一個紫外線照射區(qū)用于有效殺滅氣體中的微生物，激活紫外光源，將氣體傳輸通過氣體凈化器，從而提供無菌的氣流。
在閱讀前面的說明后，本技術領域中的熟練人員會想到某些改良和提高。作為實例，根據給定系統所選擇的特殊紫外線光源或燈，可以使用不同的光學部件。此外，在本發(fā)明的范圍內可以考慮各種各樣的應用，包括將紫外線氣體凈化系統和方法應用于包含在空調、加熱、制造、動物飼養(yǎng)等過程中的空氣凈化器。作為實例，氣流凈化器的消毒包括但不局限于通風系統、排水系統、制造業(yè)進氣系統等。這些氣流凈化器可以用于商用或家用。
這些多點應用也能夠通過光導纖維連接至單一光源，比如光泵。這種安排無需在每一個應用點上都有燈或者光源。由于可能需要持續(xù)照射每一個應用點，這種安排使得單個應用所需的相同規(guī)格燈能夠間斷和/或即期服務于多重應用，從而更有效的使用燈。另外，將燈放置于應用之外可以減少當燈或燈罩破裂時玻璃和/或汞污染氣流的風險。
為了簡明易讀，在這里將改良和提高全部刪除，但它們都嚴格屬于下列權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種用于有效殺滅微生物的氣體凈化系統，該系統含有至少一個光源，其被至少一條配置的光學連接所聯接，以提供聚焦的、可控制的光輸出至氣體凈化器，以及一種控制機制，從而產生至少一個紫外線照射區(qū)用于有效殺滅氣體中的微生物。
2.依據權利要求1的氣體凈化系統，其中光源是一種光泵，其包括至少一盞燈，至少一個光學器件，一個外殼以及一個電源。
3.依據權利要求1的氣體凈化系統，其中光源是至少一盞燈。
4.依據權利要求3的氣體凈化系統，其中燈是一種紫外線燈。
5.依據權利要求4的氣體凈化系統，其中紫外線燈是一種高強度燈。
6.依據權利要求4的氣體凈化系統，其中紫外線燈是一種光譜校準燈。
7.依據權利要求4的氣體凈化系統，其中紫外線燈是一種無電極燈。
8.依據權利要求4的氣體凈化系統，其中紫外線燈是一種鹵化汞燈。
9.依據權利要求4的氣體凈化系統，其中紫外線燈所發(fā)出的光位于UVV和UVC波長范圍內。
10.依據權利要求4的氣體凈化系統，其中光源包括至少一個配置的光源光學部件以提供聚焦的、可控制的光輸出至氣體凈化器。
11.依據權利要求10的氣體凈化系統，其中光源光學部件為紫外線透射性的。
12.依據權利要求10的氣體凈化系統，其中光源光學部件為紫外線反射性的。
13.依據權利要求10的氣體凈化系統，其中至少一個光源光學部件選自由反射鏡、遮光器、透鏡、分流器、聚焦器、鏡面、硬和軟光導管、均化器、混合棒、集合管以及其他耦合器、濾器、光柵、衍射鏡、梯度透鏡、色輪、偏軸反射鏡、級聯反射鏡、分解反射鏡及其組合構成的小組。
14.依據權利要求1的氣體凈化系統，其中至少一個光學連接是光纖導線。
15.依據權利要求1的氣體凈化系統，其中光纖導線能夠可拆卸的連接至光源和氣體凈化器。
16.依據權利要求1的氣體凈化系統，其中光纖導線選自由聚丙烯線、玻璃線、液相穴線、石英線、空心線、芯鞘線、絕緣共軸線及其組合構成的光纖導線組。
17.依據權利要求1的氣體凈化系統，其中氣體凈化器包括一個照射區(qū)和一個外殼。
18.依據權利要求17的氣體凈化系統，其中外殼是紫外線反射性的。
19.依據權利要求17的氣體凈化系統，其中照射區(qū)包括一個入口，用于可拆卸的連接至一條光纖導線。
20.依據權利要求19的氣體凈化系統，其進一步包括至少一個配置在入口孔和氣體凈化器內部之間的入口光學部件。
21.依據權利要求20的氣體凈化系統，其中至少一個入口光學部件是紫外線透射性的。
22.依據權利要求20的氣體凈化系統，其中至少一個入口光學部件是紫外線反射性的。
23.依據權利要求20的氣體凈化系統，其中至少一個入口光學部件選自由反射鏡、遮光器、透鏡、分流器、聚焦器、鏡面、硬和軟光導管、均化器、混合棒、集合管以及其他耦合器、濾器、光柵、衍射鏡、梯度透鏡、色輪、偏軸反射鏡、級聯反射鏡、分解反射鏡及其組合構成的小組。
24.依據權利要求17的氣體凈化系統，其中照射區(qū)采用增強的二維設計以改善氣體凈化。
25.依據權利要求17的氣體凈化系統，其中照射區(qū)采用增強的三維設計以改善氣體凈化。
26.依據權利要求17的氣體凈化系統，其中照射區(qū)包括一個傳輸設備。
27.依據權利要求26的氣體凈化系統，其中傳輸設備包括至少一個光發(fā)射器，其選自由側面發(fā)射光纖導線、末端發(fā)射光纖導線及其組合構成的小組。
28.依據權利要求26的氣體凈化系統，其中傳輸設備進一步包括至少一個顆粒捕集器。
29.依據權利要求28的氣體凈化系統，其中至少一個顆粒捕集器是纖維濾器。
30.依據權利要求29的氣體凈化系統，其中纖維濾器的組成纖維選自由玻璃纖維、聚丙烯纖維、石英纖維、紙纖維、纖維素纖維、棉花纖維、塑料纖維及其組合構成的小組。
31.依據權利要求29的氣體凈化系統，其中纖維濾器的制造方法選自由非編織、編織和編結法構成的小組，包括多層結構。
32.依據權利要求29的氣體凈化系統，其中纖維濾器是可置換件。
33.依據權利要求26的氣體凈化系統，其中傳輸設備進一步包括至少兩個串聯顆粒捕集器。
34.依據權利要求26的氣體凈化系統，其中傳輸設備包含催化表面。
35.依據權利要求34的氣體凈化系統，其中催化表面能夠自我清潔。
36.依據權利要求34的氣體凈化系統，其中催化表面是含有至少一種光催化劑的光催化表面。
37.依據權利要求36的氣體凈化系統，其中至少一種光催化劑是一種光活化的絕緣半導體。
38.依據權利要求36的氣體凈化系統，其中至少一種光催化劑選自由TiO2、WO2、ZnO、ZnS、SnO2、PtTiO2及其組合構成的小組。
39.依據權利要求1的氣體凈化系統，其中氣體凈化器的至少一個內表面是紫外線反射表面。
40.依據權利要求39的氣體凈化系統，其中至少一個紫外線反射表面選自由不銹鋼、鋁及其組合構成的小組。
41.依據權利要求1的氣體凈化系統，其中氣體凈化器的內部包含至少一個連接至內表面的內部光學部件。
42.依據權利要求41的氣體凈化系統，其中至少一個內部光學部件是紫外線透射性的。
43.依據權利要求41的氣體凈化系統，其中至少一個內部光學部件是紫外線反射性的。
44.依據權利要求41的氣體凈化系統，其中至少一個內部光學部件選自由反射鏡、遮光器、透鏡、分流器、聚焦器、鏡面、硬和軟光導管、均化器、混合棒、集合管以及其他耦合器、濾器、光柵、衍射鏡、梯度透鏡、色輪、偏軸反射鏡、級聯反射鏡、分解反射鏡及其組合構成的小組。
45.權利要求26的傳輸設備，其進一步提供逆氣流的紫外線照射。
46.權利要求45的傳輸設備，其中傳輸設備受保護免受氣流的影響。
47.權利要求45的傳輸設備，其中保護措施是一個隔離罩。
48.權利要求45的傳輸設備，其中傳輸設備位于氣流之外。
49.權利要求48的傳輸設備，其中傳輸設備是一種隱蔽管道構造。
50.一種用于有效殺滅氣體中微生物的氣體凈化器，該氣體凈化器包括一個照射區(qū)和外殼，從而產生至少一個照射區(qū)域用于有效殺滅氣體中的微生物。
51.依據權利要求50的氣體凈化系統，其中外殼是紫外線反射性的。
52.依據權利要求50的氣體凈化器，其中外殼包含一個位于照射區(qū)近端的入口用于可拆卸的連接至一條光纖導線。
53.依據權利要求52的氣體凈化器，其進一步包括至少一個位于入口和氣體凈化器內部之間的入口光學部件。
54.依據權利要求53的氣體凈化器，其中至少一個入口光學部件是紫外線透射性的。
55.依據權利要求53的氣體凈化器，其中至少一個入口光學部件是紫外線反射性的。
56.依據權利要求53的氣體凈化器，其中至少一個入口光學部件選自由反射鏡、遮光器、透鏡、分流器、聚焦器、鏡面、硬和軟光導管、均化器、混合棒、集合管以及其他耦合器、濾器、光柵、衍射鏡、梯度透鏡、色輪、偏軸反射鏡、級聯反射鏡、分解反射鏡及其組合構成的小組。
57.依據權利要求50的氣體凈化器，其中氣體凈化器采用增強的二維設計以改善氣體凈化。
58.依據權利要求50的氣體凈化器，其中氣體凈化器采用增強的三維設計以改善氣體凈化。
59.依據權利要求50的氣體凈化器，其中照射區(qū)進一步包括一個傳輸設備。
60.依據權利要求59的氣體凈化器，其中傳輸設備包含至少一個光發(fā)射器，其選自由側面發(fā)射光纖導線、末端發(fā)射光纖導線及其組合構成的小組。
61.依據權利要求59的氣體凈化器，其中傳輸設備進一步包括至少一個顆粒捕集器。
62.依據權利要求61的氣體凈化器，其中至少一個顆粒捕集器是纖維濾器。
63.依據權利要求62的氣體凈化器，其中纖維濾器的組成纖維選自由玻璃纖維、聚丙烯纖維、石英纖維、紙纖維、纖維素纖維、棉花纖維、塑料纖維及其組合構成的小組。
64.依據權利要求62的氣體凈化器，其中纖維濾器的制造方法選自由非編織、編織和編結法構成的小組，包括多層結構。
65.依據權利要求62的氣體凈化器，其中纖維濾器是可置換件。
66.依據權利要求61的氣體凈化器，其中傳輸設備進一步包括至少兩個串聯顆粒捕集器。
67.依據權利要求59的氣體凈化器，其中傳輸設備包含催化表面。
68.依據權利要求67的氣體凈化器，其中催化表面能夠自我清潔。
69.依據權利要求67的氣體凈化器，其中催化表面是含有至少一種光催化劑的光催化表面。
70.依據權利要求69的氣體凈化器，其中至少一種光催化劑是光活化的絕緣半導體。
71.依據權利要求69的氣體凈化器，其中至少一種光催化劑選自由TiO2、WO2、ZnO、ZnS、SnO2、PtTiO2及其組合構成的小組。
72.依據權利要求59的氣體凈化器，其中氣體凈化器的至少一個內表面是紫外線反射表面。
73.依據權利要求72的氣體凈化器，其中至少一個紫外線反射表面選自由不銹鋼、鋁及其組合構成的小組。
74.依據權利要求59的氣體凈化器，其中氣體凈化器的內部包含至少一個連接至內表面的內部光學部件。
75.依據權利要求74的氣體凈化器，其中至少一個內部光學部件是紫外線透射性的。
76.依據權利要求74的氣體凈化器，其中至少一個內部光學部件是紫外線反射性的。
77.依據權利要求74的氣體凈化器，其中至少一個內部光學部件選自由反射鏡、遮光器、透鏡、分流器、聚焦器、鏡面、硬和軟光導管、均化器、混合棒、集合管以及其他耦合器、濾器、光柵、衍射鏡、梯度透鏡、色輪、偏軸反射鏡、級聯反射鏡、分解反射鏡及其組合構成的小組。
78.一種用于凈化氣體的方法，包括下列步驟提供一種含有至少一個光源的氣體凈化器，該光源被至少一條配置的光學連接所聯接，以提供聚焦的、可控制的光輸出至氣體凈化器，以及一種控制機制，從而產生至少一個紫外線照射區(qū)用于有效殺滅氣體中的微生物，激活紫外光源，將氣體傳輸通過氣體凈化器，從而提供無菌的氣流。
全文摘要
一種用于氣體的紫外線消毒(UV)系統，其包括一個紫外光即期氣體凈化器，在氣體凈化器中至少有一個入口用于接受來自紫外線光源的紫外光輸入，紫外線光源通過位于入口處的連接器可拆卸的連接至氣體凈化器，并被配置為提供聚焦的、可控制的紫外光輸出，具有至少一個紫外線照射區(qū)用于有效的殺滅微生物并在氣體凈化器的內部進行消毒。光源配置在氣體凈化器的外部，位于外殼內，并且能夠通過光連接器，比如光纖導線連接至該處。本發(fā)明中還包括了一種在氣體凈化器內部進行紫外線消毒的方法。
文檔編號F24F1/00GK1612754SQ02826709
公開日2005年5月4日 申請日期2002年11月1日 優(yōu)先權日2001年11月2日
發(fā)明者艾薩克·B·霍頓三世 申請人:遠光公司