專利名稱：殺滅微生物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及殺滅微生物的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及對干燥劑空氣調(diào)節(jié)器進(jìn)行操作以處理攜帶微生物的空氣顯著降低被處理的空氣中的微生物濃度的方法。
公眾日益了解和關(guān)注有關(guān)接觸空氣中的微生物對健康的影響。當(dāng)考到封慮閉空間如家庭和工作場所內(nèi)的空氣質(zhì)量時，這種關(guān)注尤為嚴(yán)重。包括啤酒廠、藥物的制造、配方及包覆膠囊場所，醫(yī)院的關(guān)鍵區(qū)域如外科手術(shù)室和特護(hù)單元以及半導(dǎo)體制造現(xiàn)場在內(nèi)的工作場所都易受空氣中所存在的多種微生物的破壞。
由于眾多家庭和工作場所已安裝了空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因而若有合適的辦法使空調(diào)器以致死空氣中的微生物的方式操作將會很方便。
開環(huán)空氣調(diào)節(jié)器為本領(lǐng)域所熟知，它主要是基于美國專利第2,926,502號中所述的Munters Environmental Control系統(tǒng)(MEC)單元。如該專利所述，基本開環(huán)空氣調(diào)節(jié)器是根據(jù)空氣的干燥及隨后的空氣冷卻進(jìn)行操作的，其中溫?zé)岬目諝饨?jīng)基本上一個多級過程調(diào)節(jié)產(chǎn)生冷空氣。
在開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中采用一基本的多步方法。在進(jìn)氣通路中，外界空氣通過一水分傳輸轉(zhuǎn)輪將水分除去，干燥后的空氣由一熱交換器轉(zhuǎn)輪采用隨后由蒸發(fā)單元加入的水分冷卻以在空氣進(jìn)入調(diào)節(jié)區(qū)域以前將空氣進(jìn)一步冷卻。在返回環(huán)路中，空氣流經(jīng)一包括另外一個蒸發(fā)單元、熱交換器轉(zhuǎn)輪、一加熱單元及水分傳輸轉(zhuǎn)輪的排氣通路之后排放到大氣。在返回環(huán)路(亦稱為排氣通路)中，流經(jīng)水分傳輸轉(zhuǎn)輪的空氣通過驅(qū)除水分實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的再生。
這類系統(tǒng)的一個主要優(yōu)勢是向待調(diào)節(jié)的空間穩(wěn)定輸送新鮮的經(jīng)過濾后的空氣，這與標(biāo)準(zhǔn)加熱和冷卻系統(tǒng)中的空氣循環(huán)相反。
MEC系統(tǒng)的基本原理是，干燥的熱空氣通過與水蒸汽接觸被同時冷卻和加濕。然而，一些地區(qū)的空氣又熱又溫，在通過蒸發(fā)來冷卻空氣之前必須先將它干燥。開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能和效率依賴于該單元對熱溫空氣輸入進(jìn)行脫水的能力并依賴于熱交換器轉(zhuǎn)輪或單元的效率。
對熱交換器轉(zhuǎn)輪來說，操作依賴于維持在不同溫度下的相反表面。這意味著通過轉(zhuǎn)輪沿軸向必須有足夠大的溫度梯度。建議采用的高熱傳導(dǎo)性材料如金屬導(dǎo)致通過轉(zhuǎn)輪的溫度梯度基本上很小，換熱狀況差且效率低下。在開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由水分傳輸轉(zhuǎn)輪將空氣干燥所產(chǎn)生的熱量必須由熱交換器轉(zhuǎn)輪移除。然而通過轉(zhuǎn)輪沿空氣流動方向的軸向熱量移除必須保持最小。若熱量不被移除，因?yàn)檎舭l(fā)器不能夠?qū)⑤^高的溫度降低到可接受的溫度和溫度水平，從熱交換器轉(zhuǎn)輪排出的待處理的空氣流將不會被足夠冷卻而使該系統(tǒng)實(shí)際上不能用于空氣調(diào)節(jié)。
本領(lǐng)域需要處理空氣的高效空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)顯著降低空氣中的微生物濃度的目的，在此，處理過程是在不將空氣暴露在有毒化學(xué)品之中的情況下實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明通過提供采用沸石干燥劑的干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)解決了這一需要。采用本發(fā)明獲得了顯著降低空氣中微生物濃度的安全高效的方法，而同時還提供對空氣溫度的控制和脫水。
簡單地說，本發(fā)明是關(guān)于顯著降低空氣中微生物濃度的方法，它包括使含有一定濃度微生物的空氣流過一具有進(jìn)氣通路、排氣通路和一包含沸石的水分傳輸轉(zhuǎn)輪的干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。水分傳輸轉(zhuǎn)輪位于進(jìn)氣通路和排氣通路中并可以移動以使干燥劑區(qū)域在進(jìn)氣通路和排氣通路之間移動以進(jìn)行沸石的退化和再生。
本發(fā)明另一方面是顯著降低空氣中微生物濃度的方法，它包括使含有一定濃度微生物的空氣流過一開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一可旋轉(zhuǎn)的熱交換器轉(zhuǎn)輪、一可旋轉(zhuǎn)的攜帶干燥劑的水分傳輸轉(zhuǎn)輪、一位于熱交換器轉(zhuǎn)輪和水分傳輸轉(zhuǎn)輪之間的加熱器、一位于熱交換器轉(zhuǎn)輪與加熱器相反一側(cè)的蒸發(fā)器以及使空氣在一般為分隔開的進(jìn)氣通路和排氣通路中流過熱交換器轉(zhuǎn)輪和水分傳輸轉(zhuǎn)輪的裝置。
本發(fā)明進(jìn)一步是顯著降低空氣中微生物濃度的方法，它包括使含有一定濃度微生物的空氣流過一開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一可旋轉(zhuǎn)的熱交換器轉(zhuǎn)輪、一可旋轉(zhuǎn)的攜帶沸石的水分傳輸轉(zhuǎn)輪、一位于熱交換器轉(zhuǎn)輪和水分傳輸轉(zhuǎn)輪之間的加熱器、一位于熱交換器轉(zhuǎn)輪與加熱器相反一側(cè)的蒸發(fā)器以及使空氣流過進(jìn)氣通路和排氣通路中的熱交換器轉(zhuǎn)輪和水分傳輸轉(zhuǎn)輪的裝置。
本發(fā)明另外一方面是控制具有一可旋轉(zhuǎn)的熱交換器轉(zhuǎn)輪、一可旋轉(zhuǎn)的攜帶干燥劑的水分傳輸轉(zhuǎn)輪、一位于熱交換器轉(zhuǎn)輪和水分傳輸轉(zhuǎn)輪之間的加熱器、一位于熱交換器轉(zhuǎn)輪與加熱器相反一側(cè)的蒸發(fā)器以及使空氣在進(jìn)氣通路和排氣通路中流過熱交換器轉(zhuǎn)輪和水分傳輸轉(zhuǎn)輪的裝置的開環(huán)干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)以便顯著降低強(qiáng)制流過空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空氣中的微生物濃度的方法，本方法包括如下步驟(a)將空氣引進(jìn)系統(tǒng)，在此空氣溫度范圍在約0°F到約120°F之間而蒸汽壓力在約1乇到約25乇之間；(b)將進(jìn)氣從水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出，此時空氣的蒸氣壓力不超過5乇；(c)將溫度不超過200°F的排出空氣經(jīng)水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出。
根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明的干燥劑為沸石。該沸石是晶態(tài)硅酸鹽鈦的分子篩沸石，孔隙尺寸約8埃單位且組成按氧化物摩爾比表示如下1.0±0.25M2/nOTiO2ySiO2zH2O其中M為至少一種化合價為n的陽離子，y值從2.5到25而z值從0到100。該沸石由X射線粉末衍射圖案來表征，它具有如下表I所給出的圖線和相對強(qiáng)度表1ETS-10的X射線粉末衍射圖案(0-40° 2θ)顯著性d一間距(埃)I/I014.7＝.35 W-M7.20＝.15 W-M4.41＝.10 W-M3.60＝.05 VS3.28＝.05 W-M表中，VS＝60-100；S＝40-60；M＝20-40；W＝5-20。
連同附圖一起閱讀會更好地理解上述本發(fā)明的摘要和下文的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述。為說明本發(fā)明的目的，附圖中示出了在此優(yōu)選的一個實(shí)施方案。但應(yīng)該理解本發(fā)明并不僅限于所示的具體設(shè)備和手段。附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的透視簡圖；圖2為圖1所示的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)所采用的水分傳輸轉(zhuǎn)輪心板的高倍率放大剖面圖；圖3為以轉(zhuǎn)動方式支撐在機(jī)殼中的水分傳輸轉(zhuǎn)輪的放大的前視圖；圖4為圖3所示的水分傳輸轉(zhuǎn)輪沿圖3中4-4線的高倍率放大剖面圖；圖5為圖3所示的水分傳輸轉(zhuǎn)輪和機(jī)殼沿圖3中5-5線的高倍率放大剖面圖。
為方便計(jì)下文用到一些特定術(shù)語，這并不是對本發(fā)明的限制。
現(xiàn)參考附圖，圖1為本發(fā)明的基本開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖。水分傳輸轉(zhuǎn)輪裝置11構(gòu)成本系統(tǒng)的外部元件。正如后文所要提到和討論的，裝置11被分隔成兩部分以提供通過裝置11的進(jìn)氣通路和排氣通路，如箭頭所示。熱交換器轉(zhuǎn)輪裝置13也被分隔開以提供進(jìn)氣和排氣通路，它的位置基本上接近水分傳輸轉(zhuǎn)輪11，中間僅由一太陽能熱再生盤管19隔開。當(dāng)在寒冷天氣下希望對區(qū)域進(jìn)行加熱而不是冷卻時，在本系統(tǒng)中可設(shè)置輔助太陽能加熱盤管21。太陽能盤管包括與標(biāo)準(zhǔn)太陽能加熱元件(未示出)相連的流體管?；締卧K止于由帶有指示建筑物空氣進(jìn)出方向的箭頭的隔板6隔開的一對蒸發(fā)器元件15和17。設(shè)有送風(fēng)機(jī)23和排風(fēng)機(jī)25提供系統(tǒng)中所需要的空氣流動。在美國專利第4,594,860號中公開了這種特殊開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該專利全文在此作為參考。因此，為簡便計(jì)省略對該開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的描述，這并不是對本發(fā)明的限制。
眾所周知，這一類型系統(tǒng)由水分傳輸轉(zhuǎn)輪裝置11從進(jìn)氣中除去水分。當(dāng)從空氣中除去水分時，空氣的溫度升高，之后空氣經(jīng)流過熱交換器轉(zhuǎn)輪裝置13被冷卻。熱交換器轉(zhuǎn)輪裝置13使干熱空氣的溫度降低。蒸發(fā)器元件15往空氣中加入水分，由此進(jìn)一步降低空氣溫度并將冷空氣送往空調(diào)區(qū)。排出氣體流經(jīng)蒸發(fā)器單元17和熱交換器轉(zhuǎn)輪裝置13以從熱交換器移除熱量并使排出氣體的溫度升高。借助太陽能加熱元件19進(jìn)一步升高排出氣體的溫度以在排氣通路中提供高溫空氣使水分傳輸轉(zhuǎn)輪裝置11再生。來自水分傳輸裝置11的空氣排放到大氣。
主要控制本系統(tǒng)效率(COP)的兩個系統(tǒng)元件是水分傳輸轉(zhuǎn)輪裝置11和熱交換器轉(zhuǎn)輪裝置13。除了轉(zhuǎn)輪所用的具體材料之外，它們基本上是以同樣方式建造的。
現(xiàn)考察水分傳輸轉(zhuǎn)輪裝置11的結(jié)構(gòu)，它包括水分傳輸轉(zhuǎn)輪32和機(jī)殼38，如圖3所示。水分傳輸轉(zhuǎn)輪32包括心板10和輪轂34。心板10包括多個鄰接的平行通道14，如圖2所示。根據(jù)心板10的一個優(yōu)選實(shí)施方案，各通道14的橫截面通常是六邊形的并包含一內(nèi)表面16。通道14亦優(yōu)選由多個材料12的堆疊層形成。通道14材料12的各層具有最小厚度以防止壁厚使通過心板10的壓力降增加的效應(yīng)而仍能使心板10具有足夠的結(jié)構(gòu)完整性以自我支撐。在第一個優(yōu)選實(shí)施方案中，材料層的厚度優(yōu)選為約0.0015英寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，由材料12的各層所形成的壁的確切厚度可以變化，這依賴于心板10的具體應(yīng)用及現(xiàn)有的制造技術(shù)而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。例如，由材料12各層所形成的壁厚范圍可以在約0.001到0.006英寸之間。
各通道14包括一位于中心的縱軸18。通道14的尺寸通常優(yōu)選使相鄰?fù)ǖ乐g及沿縱軸的距離均勻(即相鄰?fù)ǖ?4相互等距且一般相互平行伸展)。在第一個優(yōu)選實(shí)施方案中，縱軸18之間的距離優(yōu)選在約0.050到0.125英寸之間。這樣，本發(fā)明的通道14由于它們的六邊形橫截面結(jié)構(gòu)而緊密鄰接以增加每單位體積的可用傳遞表面。
在本實(shí)施方案中，優(yōu)選材料12堆疊層由非金屬的、高強(qiáng)度、耐溫、低熱傳導(dǎo)性材料如紙張開工的Nomex_芳族聚酰胺制成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員對將材料12堆疊層裝配成通道14的過程很熟悉。一種市場上可買到的達(dá)到本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品實(shí)例是由Ciba Composite of Anaheim，California (Ciba Geigy Corporation of Ardsley，New Tork的一個分部)所制造的無彈性樹脂涂層的Aeroweb_HMX一20。但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白材料12疊層和這些疊層的制造方法與本發(fā)明是無關(guān)；其它材料如牛皮紙、尼龍纖維紙、礦物纖維紙及類似物可用來制造材料12疊層并且其它方法如擠出、機(jī)加工或模壓能夠用來成型制造六邊形通道14，只要不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍即可。
在第一個優(yōu)選實(shí)施方案中，內(nèi)表面16涂覆有與流過通道14的流體介質(zhì)相互作用以從空氣吸收水分的干燥劑材料20。在第一個優(yōu)選實(shí)施方案中，心板10優(yōu)選與水分傳輸轉(zhuǎn)輪裝置11及熱交換器轉(zhuǎn)輪裝置13一起使用并且干燥劑20是與流經(jīng)通道14的流體介質(zhì)交換或吸著熱量或質(zhì)量其中之一的交換或吸著材料。即優(yōu)選的交換或吸著材料能夠從流經(jīng)通道14的流體介質(zhì)中除去物質(zhì)或傳出熱量并能夠向流經(jīng)通道14的流體介質(zhì)中傳輸質(zhì)量或熱量。在此，所用的術(shù)語“吸著”及“吸著性的”意指吸附和/或吸收。
在第一個優(yōu)選實(shí)施方案中，優(yōu)選的交換或吸著材料為干燥劑材料，如由Engemard Corporation of Edison，New Jersey所制造的商品名為ETS并在美國專利第4,853,202號中公開的晶態(tài)硅酸鈦分子篩沸石化合物，該專利在此作為參考。
采用具有通常為六邊形橫截面通道比其它的幾何構(gòu)型如正弦曲線、正方形及三角形更為有利。下文簡單解釋為何六邊形比其它幾何構(gòu)形更好。更為詳細(xì)的解釋參見1994年5月20日提出的美國專利申請系列號第08/246,548號，在此該專利申請全文作為參考。首先，六邊形的理論可用傳遞表面積(即基于涂覆相互作用材料之前幾何構(gòu)型的標(biāo)準(zhǔn)測量和計(jì)算結(jié)果)在給定體積下大于正弦曲線、三角形或正方形的理論可用傳遞表面積。
其次，因?yàn)橛捎诮锹浞e累所造成的表面積損失較低，與理論計(jì)算相比，六邊形的實(shí)際可用傳遞表面積(即基于涂覆相互作用材料之后幾何構(gòu)型的標(biāo)準(zhǔn)測量和計(jì)算結(jié)果)在給定體積下大于正弦曲線、三角形或正方形的傳遞表面積。一般知道吸著傳質(zhì)與傳熱類似。它們之間的關(guān)系在美國專利第5,148,374號中被定義為相應(yīng)于傳熱效率的傳遞單元數(shù)，該專利在此作為參考。傳遞單元數(shù)越大，傳熱越有效。在其它因素中傳遞單元數(shù)依賴于可用傳遞表面積。通過使角落積累最小，本發(fā)明的心板10獲得了與現(xiàn)有技術(shù)的心板所達(dá)到的傳遞單元數(shù)相同或更大的傳遞單元數(shù)。
再次，因?yàn)樵谕ǔＪ橇呅蔚耐ǖ?4的角落里實(shí)際上沒有積累，通過本發(fā)明的心板10的壓降顯著低于上述其它幾何構(gòu)型的心板的壓降。因此，強(qiáng)制流體介質(zhì)流過心板10所需的能量顯著低于強(qiáng)制流體介質(zhì)流過現(xiàn)有技術(shù)的心板時所需的能量。例如，在干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，能耗降低使干燥系統(tǒng)能夠與常規(guī)的CFC空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)以相同的費(fèi)用操作達(dá)到相同的熱量(BTU)輸出而沒有CFC空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)所固有的對環(huán)境的危險(xiǎn)性。
第四，相較于上述專利申請中所描述的繞制波紋加工工藝，六邊形心板10提供好得多的通道或網(wǎng)眼之間的結(jié)合性。由此大大降低了流體在密封點(diǎn)處從一種物流滲透到另一種物流的可能性。
而在本發(fā)明中，通道14的橫截面通常優(yōu)選作成六邊形的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能理解通道的橫截面可以是其它具有相等角度和相等邊長的直邊形以使橫截面近似為圓形并且允許通道緊密相連以使單位體積的傳遞表面積最大而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解其它幾何構(gòu)形如三角形、正弦曲線形及正方形亦可采用，只要能達(dá)到下述的操作參數(shù)而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍即可。
制造心板10的優(yōu)選方法包括對多個相連的通道14加工成型以使通道14的橫截面通常為六邊形。如上所述，各通道14均有一位于中心的縱軸18。之后通道14的內(nèi)表面16由沸石的水懸浮物涂覆。在此，懸浮物優(yōu)選還含有硅酸鹽。涂覆以后對底物/涂層進(jìn)行干燥以除去水分并使沸石緊貼在底物上。采用沸石20涂覆通道14的內(nèi)表面116是通過使懸浮在含硅酸鹽的水中的沸石20以層流方式強(qiáng)制流過通道14實(shí)現(xiàn)的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員均十分理解采用強(qiáng)制流動傳輸涂覆表面的過程，因此為簡便計(jì)不再進(jìn)一步描述。然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員也應(yīng)理解可以由其它方法用沸石20的懸浮物涂覆通道14的內(nèi)表面16。例如可由沉積的方法用沸石懸浮物20涂覆內(nèi)表面16，其中采用非流動技術(shù)使懸浮物流過心板10。另一方面，在將材料12疊層裝配成通常是六角形的通道14之前，可用沸石20涂覆材料12疊層?；蛘呖蓪⒎惺?0摻入組成材料12各層的材料。雖然出于安全和經(jīng)濟(jì)上的原因優(yōu)選用水作為懸浮介質(zhì)，但也可采用有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑與水的混合物。
現(xiàn)參考圖3到圖5。圖中所示為具有內(nèi)設(shè)心板10的水分傳輸轉(zhuǎn)輪32的水分傳輸轉(zhuǎn)輪裝置11。形成心板10的通道14的材料12各層為心板10提供足夠的結(jié)構(gòu)完整性以避免對于輪轂裝置和輪輻的需要，因此在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中(如圖3所示)沒有輪轂裝置或輪輻。
輪箍34外表面帶有向外延伸的導(dǎo)軌36。導(dǎo)軌36使得轉(zhuǎn)輪32受到周向支撐，之后轉(zhuǎn)輪被安裝到機(jī)殼38中可以轉(zhuǎn)動，如圖3所示。機(jī)殼38通常是平行管狀，包括每個側(cè)面上的一對半圓形開孔40以使轉(zhuǎn)輪32能夠放置在美國專利第4,594,860中所述類型的干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。在機(jī)殼38中設(shè)有許多支撐輪42它們與導(dǎo)軌36轉(zhuǎn)動嚙合在一起。支撐輪42設(shè)于機(jī)殼38中旋轉(zhuǎn)支撐轉(zhuǎn)輪32以使轉(zhuǎn)輪32的心板10與半圓形開孔40對準(zhǔn)或?qū)R。如圖5所示，支撐輪42在機(jī)殼38中由通常是T形的支撐元件44支撐，支撐元件44允許支撐輪42相對于支撐元件44旋轉(zhuǎn)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員均十分明白該旋轉(zhuǎn)方式。支撐輪42在機(jī)殼38中的具體支撐方式與本發(fā)明無關(guān)。在機(jī)殼38中設(shè)有一驅(qū)動機(jī)械(未示出)，它與輪箍34的外緣驅(qū)動齒合使轉(zhuǎn)輪32相對機(jī)殼38旋轉(zhuǎn)。
機(jī)殼38的部件優(yōu)選由高強(qiáng)度、重量輕的材料如鋁制成。但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解機(jī)殼38能夠由其它材料如聚合材料或不銹鋼制成，只要不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍即可。
在機(jī)殼38中安裝和驅(qū)動轉(zhuǎn)輪32的細(xì)節(jié)與本發(fā)明無關(guān)。從本發(fā)明的說明中本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可認(rèn)識到轉(zhuǎn)輪32能夠以不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的任意方式安裝。因此僅為簡便計(jì)省略進(jìn)一步的描述，但這并不是對本發(fā)明的限制。
應(yīng)該理解，當(dāng)圖1所示及上文所述的各部分裝置為本發(fā)明干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)時，根據(jù)本發(fā)明殺滅空氣中的微生物能夠僅僅通過使含有一定濃度微生物的空氣流過含有沸石的心板10而實(shí)現(xiàn)，可由例如送風(fēng)機(jī)或排風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)空氣流動。實(shí)際上，為了根據(jù)本發(fā)明殺滅空氣中微生物的目的，甚至不需要將沸石再生，盡管在空氣中暴露一段時間后，根據(jù)所述的方法沸石將退化并不再有效。若對沸石進(jìn)行再生，不需要根據(jù)圖1所示的機(jī)構(gòu)進(jìn)行再生，而是將沸石放置在真空室中并暴露在其中的高溫下進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)的沸石再生方法為本領(lǐng)域人所共知，所有這些方法均可用來根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行沸石的再生。
還應(yīng)理解若有加熱元件19或21的話，它們可以由太陽能以外的方式供能。例如，加熱元件19或21可由電供能或由內(nèi)部的熱流體如水或油的盤管供能。
當(dāng)同時進(jìn)行殺滅細(xì)菌和沸石再生時，優(yōu)選將沸石作為帶有用來強(qiáng)制空氣流過沸石的送風(fēng)機(jī)23和排風(fēng)機(jī)25的水分傳輸轉(zhuǎn)輪裝置11的一部分。圖1的其它元件僅用于根據(jù)溫度和溫度進(jìn)一步對空氣調(diào)節(jié)時，而根據(jù)本發(fā)明若不希望進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)或不希望進(jìn)行其它形式的空氣調(diào)節(jié)時可省去這些元件。
在對本發(fā)明的干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行操作以達(dá)到基本殺死空氣中的微生物的目的時，希望以高的額定空氣流速流過心板10。優(yōu)選的額定空氣流速約為200到約800英尺/分(fpm)，更優(yōu)選的為約400到約500fpm。在一個優(yōu)選實(shí)施方案中，心板10的沸石密度為約0.5到約20磅/立方英尺(1bs/ft3)，更優(yōu)選的為約3到約81bs/ft3。心板10的厚度優(yōu)選能提供約2到約24英寸的空氣通路，更優(yōu)選的心板厚度能提供約5到約10英寸的空氣通路。雖然空氣通路能夠做得更長，但僅觀察到滅菌作用只略有增加。在一個優(yōu)選實(shí)施方案中，其中沸石的退化和再生如圖1中所示同時發(fā)生，心板10繞自身的軸以約5到約70轉(zhuǎn)/小時(rph)的速度旋轉(zhuǎn)，更優(yōu)選的以約10到約40rph的速度旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方案，圖1空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的進(jìn)氣通路中的空氣在進(jìn)入水分傳輸轉(zhuǎn)輪之前溫度范圍在約0°F到約120°F之間且蒸氣壓力范圍在約1乇到約25乇之間。根據(jù)另一個優(yōu)選實(shí)施方案，在圖1的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的進(jìn)氣通路中的空氣在從水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出后其溫度在約90°F到約190°F之間而蒸氣壓力在約0.5乇到約5乇之間。
在一個優(yōu)選實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的沸石為如美國專利第4,853,202號(’202專利)中所說的大孔隙晶態(tài)鈦分子篩沸石，該專利全文在此作為參考。優(yōu)選采用這種特殊沸石，這是因?yàn)槔绠?dāng)用于圖1的設(shè)備中時它可以在相當(dāng)?shù)偷臏囟认略偕??！?02專利的沸石能夠在約170F到約220F之間的溫度F再生，更優(yōu)選的能夠在約190F到200F之間的溫度下再生而仍能對進(jìn)氣提供足夠的干燥效果以將空氣干燥至蒸氣壓低于5乇、一般低于3乇。
本發(fā)明優(yōu)選的沸石具有表1中所給出的性質(zhì)。
表1ETS-10的X射線衍射粉末圖案(0-40° 2θ)顯著性d-距離(埃)I/I014.7＝.35 W-M7.20＝.15 W-M4.41＝.10 W-M3.60＝.05 VS3.28＝.05 W-M這里VS＝60-100；S＝40-60；M＝20-40，且W＝5-20。
雖然不同于’202專利中所說的其它沸石可用于本發(fā)明的方法，但當(dāng)對圖1的設(shè)備進(jìn)行操作采用低于約190F的再生溫度時它們不能有效殺滅空氣中的微生物。
根據(jù)本發(fā)明的方法對于殺滅包括細(xì)菌、病毒及真菌在內(nèi)的大范圍內(nèi)的微生物均有效。白色念珠菌是易于被本發(fā)明殺死的代表性真菌。T-4大腸桿菌噬菌體是易于被本發(fā)明殺死的代表性病毒。嗜熱脂肪芽孢桿菌、肉毒桿菌、產(chǎn)氣夾膜梭菌破傷風(fēng)桿菌、白喉?xiàng)U菌、肺炎雙球菌、大腸桿菌、嗜酸乳桿菌、legionella pneumophilla、鉤端螺旋體屬、偶發(fā)分枝桿菌、結(jié)核分枝桿菌、淋病奈瑟氏球菌、亞硝化球菌屬、綠膿桿菌、斑疹傷寒立克次氏體、沙門氏菌屬、痢疾志賀氏菌、螺旋體屬、金色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、橙色標(biāo)樁囊菌、乳鏈球菌、蒼白密螺旋體及霍亂弧菌是易于被本發(fā)明殺死的代表性細(xì)菌。
盡管不受限于發(fā)明人的理論知識，本發(fā)明人對于本發(fā)明的方法的成功給出如下解釋。當(dāng)空氣流經(jīng)沸石床層時，水分被從空氣中取出并進(jìn)入沸石的孔隙中。將水分從空氣中迅速取出引起相應(yīng)的空氣蒸氣壓迅速降低而空氣的溫度迅速并急劇地升高。基于空氣流量和濕度變化可以容易地算出在不到一秒鐘之內(nèi)空氣的蒸氣壓降到5乇以下，通常降到3乇以下而溫度升高到至少80F，通常超過100F。由于空氣的迅速干燥所造成的這些條件本身就可能使微生物致死。然而本發(fā)明人認(rèn)為是環(huán)境條件的變化速率使微生物致死微生物不可能補(bǔ)償內(nèi)部壓力和環(huán)境壓力之間的突然變化而被殺死。微生物被殺死后所留下的是所謂的空細(xì)胞，它們基本上是失去內(nèi)部細(xì)胞質(zhì)水分的破碎細(xì)胞壁，而通常細(xì)胞質(zhì)質(zhì)量的70％由水構(gòu)成。
現(xiàn)由下述的非限定性實(shí)施例來說明本發(fā)明，對本發(fā)明的優(yōu)異特性予以描述。
實(shí)施例實(shí)施例1在看護(hù)室中安裝了一干燥劑空氣調(diào)節(jié)單元以測定該空氣調(diào)節(jié)方法對空氣中的微生物的殺菌效果。單元效率由Anderson Six-StageVariablce Sampler(Model NG)測試。測量了空氣的細(xì)菌和真菌攜帶量；僅統(tǒng)計(jì)所收集的樣品中的微生物數(shù)量。
樣品分析指標(biāo)取自ACGIH的生物懸浮質(zhì)季員會(the BioaerosolsCommittee of the ACGIH)。采用標(biāo)準(zhǔn)的塑料陪替培養(yǎng)皿，周期性使用玻璃培養(yǎng)皿提供對照。統(tǒng)計(jì)真菌數(shù)量的樣品取自特制酵母(SpecialYeast)和霉菌瓊脂培養(yǎng)基(Mold agar)。細(xì)菌樣品取自TSA瓊脂培養(yǎng)基。各培養(yǎng)皿盛有27毫升介質(zhì)以在介質(zhì)和篩板之間保持合適的間距進(jìn)行效果計(jì)算。所有培養(yǎng)皿均在無菌條件下制備。
Anderson取樣器在1ACFM下操作10分鐘取0.238立方米空氣樣品。取樣間隙用乙醇對取樣器中的篩板進(jìn)行消毒。在單元的進(jìn)口和出口取樣。
特制酵母(Special Yeast)及霉菌瓊脂培養(yǎng)基(Mold Agar)的培養(yǎng)皿(用于統(tǒng)計(jì)真菌數(shù)量)在計(jì)數(shù)前于室溫下在熒光燈下保溫4-7天。TSA瓊脂培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿(用于統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量)在計(jì)數(shù)前在37℃下保溫48小時。若每個培養(yǎng)皿的菌落少于300，可肉眼觀察統(tǒng)計(jì)。細(xì)菌數(shù)量直接記錄為CFU(菌落形成單元)數(shù)；真菌計(jì)數(shù)采用陽性孔(positivehole)方法(Andersen Manual)轉(zhuǎn)化。在培養(yǎng)皿上統(tǒng)計(jì)的CFU數(shù)目對采樣空氣體積(即0.238立方米)歸一化，結(jié)果以CFU/立方米形式報(bào)告。從10/6/93到12/1/93結(jié)束，在此期間每周三取樣。取自三個代表性樣品的數(shù)據(jù)在表2中給出。
實(shí)施例2采用圖1所示的設(shè)備，對兩種沸石用在水分傳輸轉(zhuǎn)輪中作用于進(jìn)氣時所達(dá)到的溫度升高、濕度降低和蒸氣壓降低的能力加以比較。這兩種沸石是可從例如Aldrich Chemical Company，St.Louis，Missouri買到在表3中表示為“分子篩”的分子篩4A和一種如美國專利第4,853,202中所說的大孔隙晶態(tài)鈦分子篩沸石，在表3中表示為“安格爾哈德ETS”，它是從Engelhard Corporation，Edison，NJ購得。在三個不同的干燥劑再生溫度下評估這些沸石提供具有期望的高出口溫度、期望的低濕度值及期望的低蒸氣壓的空氣的能力。再生溫度是出口空氣流正要進(jìn)入水分傳輸轉(zhuǎn)輪之前的溫度。
表3中的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)在同樣的反應(yīng)條件下操作時，安格爾哈德ETS干燥劑能夠比分子篩提供較高溫度、較低濕度及較低蒸氣壓的空氣。表3中的數(shù)據(jù)還表明，當(dāng)安格爾哈德ETS干燥劑用在圖1設(shè)備的水分傳輸轉(zhuǎn)輪中由溫度不超過190F的空氣對干燥劑再生時，它能夠提供蒸氣壓力小于3乇的空調(diào)氣
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本領(lǐng)域的技術(shù)人員能認(rèn)識到，在不背離本發(fā)明寬廣的發(fā)明構(gòu)思的條件下可以對上述的實(shí)施方案加以改動。因此應(yīng)理解，本發(fā)明并不僅限于所公開的具體實(shí)施方案，而是包括所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種顯著降低空氣中微生物濃度的方法，該方法包括使含有一定濃度微生物的空氣流過一具有進(jìn)氣通路、排氣通路和包含沸石的水分傳輸轉(zhuǎn)輪的干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所說的水分傳輸轉(zhuǎn)輪位于所說的進(jìn)氣通路和排氣通路中并可以移動以使所說的干燥劑區(qū)域在所說的進(jìn)氣通路和排氣通路之間移動以對所說的沸石進(jìn)行退化和再生。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的方法，其中沸石是晶態(tài)、硅酸鈦的分子篩沸石，孔隙尺寸約8埃單位并且組成按氧化物摩爾比表示如下1.0±0.25M2/nO∶TiO2∶ySiO2∶zH2O在此M為化合價為n的至少一種陽離子，y從2.5到25而z從0到100，所說的沸石由X射線粉末衍射圖案來表征，它具有如下表I所給出的圖線和相對強(qiáng)度表1ETS-10的X射線粉末衍射圖案(0-40°2θ)顯著性d-間距(埃) I/I014.7＝.35W-M7.20＝.15W-M4.41＝0.10 W-M3.60＝.05VS3.28＝.05W-M表中VS＝60-100；S＝40-60；M＝20-40；且W＝5-20。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的方法，其中是將沸石維持在不超過200°F的溫度下進(jìn)行沸石的再生。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的方法，其中進(jìn)氣通路中的空氣在進(jìn)入水分傳輸轉(zhuǎn)輪之前溫度范圍在約0°F到約120°F之間且蒸氣壓在約1乇到約25乇之間。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的方法，其中進(jìn)氣通路中的空氣在排出水分傳輸轉(zhuǎn)輪之后溫度在約90°F到約190°F之間且蒸氣壓在約0.5乇到約5乇之間。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5的方法，其中空氣從水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出后蒸氣壓不大于3乇。
7.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1的方法，其中對干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行操作以使空氣中的微生物的濃度至少降低50％。
8.一種顯著降低空氣中微生物濃度的方法，該包括包括使含有一定濃度微生物的空氣流過一開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括一可旋轉(zhuǎn)的熱交換器轉(zhuǎn)輪、一可旋轉(zhuǎn)的攜帶干燥劑的水分傳輸轉(zhuǎn)輪、一位于所說的熱交換器轉(zhuǎn)輪和水分傳輸轉(zhuǎn)輪之間的加熱器、一位于所說的熱交換器轉(zhuǎn)輪與所說的加熱器相反一側(cè)的蒸發(fā)器以及使空氣在一般為分隔開的進(jìn)氣通路和排氣通路中流過所說熱交換器轉(zhuǎn)輪和所說的水分傳輸轉(zhuǎn)輪的裝置。
9.根據(jù)權(quán)項(xiàng)8的方法，其中干燥劑是晶態(tài)硅酸鈦的分子篩沸石，孔隙尺寸約8埃單位并且組成按氧化物摩爾比表示如下1.0±0.25M2/nO∶TiO2∶ySiO2∶zH2O在此M為至少一種化合價為n的陽離子，y從2.5到25而z從0到100，所說的沸石由X射線粉末衍射圖案來表征，它具有如下表I所給出的圖線和相對強(qiáng)度表1ETS-10的X射線粉末衍射圖案(0-40°2θ)顯著性d-間距(埃) I/I014.7＝.3 5 W-M7.20＝.15 W-M4.41＝.10 W-M3.60＝.05 VS3.28＝.05 W-M表中VS＝60-100；S＝40-60；M＝20-40；且W＝5-20。
10.根據(jù)權(quán)項(xiàng)8的方法，其中排氣通路中的空氣在流入可旋轉(zhuǎn)的攜帶干燥劑的水分傳輸轉(zhuǎn)輪之前溫度不超過190F。
11.根據(jù)權(quán)項(xiàng)8的方法，其中進(jìn)氣通路中的空氣在進(jìn)入水分傳輸轉(zhuǎn)輪之前溫度范圍在約0°F到約120°F之間且蒸氣壓在約1乇到約25乇之間。
12.根據(jù)權(quán)項(xiàng)8的方法，其中進(jìn)氣通路中的空氣在排出水分傳輸轉(zhuǎn)輪之后溫度在約90°F到約190°F之間且蒸氣壓在約0.5乇到約5乇之間。
13.根據(jù)權(quán)項(xiàng)12的方法，其中空氣從水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出之后蒸氣壓不大于3乇。
14.根據(jù)權(quán)項(xiàng)8的方法，其中對干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行操作以使空氣中的微生物的濃度至少降低50％。
15.一種顯著降低空氣中微生物濃度的方法，該方法包括使含有一定濃度微生物的空氣流過一開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括一可旋轉(zhuǎn)的熱交換器轉(zhuǎn)輪、一可旋轉(zhuǎn)的攜帶沸石的水分傳輸轉(zhuǎn)輪、一位于所說的熱交換器轉(zhuǎn)輪和水分傳輸轉(zhuǎn)輪之間的加熱器、一位于所說的熱交換器轉(zhuǎn)輪與所說的加熱器相反一側(cè)的蒸發(fā)器以及使空氣在進(jìn)氣通路和排氣通路中流過所說的熱交換器轉(zhuǎn)輪和所說的水分傳輸轉(zhuǎn)輪的裝置。
16.根據(jù)權(quán)項(xiàng)15的方法，其中沸石是晶態(tài)硅酸鈦的分子篩沸石，孔隙尺寸約8埃單位并且組成按氧化物摩爾比表示如下1.0±0.25M2/nO∶TiO2∶ySiO2∶zH2O在此M為至少一種化合價為n的陽離子，y從2.5到25而z從0到100，所說的沸石由X射線粉末衍射圖案來表征，它具有如下表I所給出的圖線和相對強(qiáng)度表1ETS-10的X射線粉末衍射圖案(0-40°2θ)顯著性d-間距(埃) I/I0114.7＝.35 W-M7.20＝.15 W-M4.41＝.10 W-M3.60＝.05VS3.28＝.05W-M表中VS＝60-100；S＝40-60；M＝20-40；W＝5-20。
17.根據(jù)權(quán)項(xiàng)15的方法，其中排氣通道中的空氣在流入可旋轉(zhuǎn)的攜帶干燥劑的水分傳輸轉(zhuǎn)輪之前溫度不超過約190F。
18.根據(jù)權(quán)項(xiàng)15的方法，其中進(jìn)氣通路中的空氣在進(jìn)入水分傳輸轉(zhuǎn)輪之前溫度范圍在約0°F到約120°F之間且蒸氣壓在約1乇到約25乇之間。
19.根據(jù)權(quán)項(xiàng)15的方法，其中進(jìn)氣通路中的空氣從水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出之后溫度在約90°F到約190°F之間且蒸氣壓在約0.5乇到約5乇之間。
20.根據(jù)權(quán)項(xiàng)19的方法，其中空氣從水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出之后蒸氣壓不大于3乇。
21.根據(jù)權(quán)項(xiàng)15的方法，其中對干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行操作以使空氣中的微生物的濃度至少降低50％。
22.一種控制具有一可旋轉(zhuǎn)的熱交換器轉(zhuǎn)輪、一可旋轉(zhuǎn)的攜帶干燥劑的水分傳輸轉(zhuǎn)輪、一位于所說的熱交換器轉(zhuǎn)輪和水分傳輸轉(zhuǎn)輪之間的加熱器、一位于所說的熱交換器轉(zhuǎn)輪與所說的加熱器相反一側(cè)的蒸發(fā)器以及使空氣在進(jìn)氣通路和出氣通路中流過所說的熱交換器轉(zhuǎn)輪和所說的水分傳輸轉(zhuǎn)輪的裝置的開環(huán)干燥劑空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)以便顯著降低強(qiáng)制流過空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空氣中的微生物濃度的方法，它包括如下步驟(a)將空氣引進(jìn)系統(tǒng)，在此空氣溫度范圍在約0°F到約120°F之間且蒸氣壓在約1乇到約25乇之間；(b)將進(jìn)氣從水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出，此時所說的空氣的蒸氣壓不超過5乇；和(c)將溫度不超過200°F的排出空氣經(jīng)水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出。
23.根據(jù)權(quán)項(xiàng)22的方法，其中沸石是晶態(tài)硅酸鈦的分子篩沸石，孔隙尺寸約8埃單位且組成按氧化物摩爾比表示如下1.0±0.25M2/nO∶TiO2∶ySiO2∶zH2O其中M為至少一種化合價為n的陽離子，y從2.5到25而z從0到100，所說的沸石由X射線粉末衍射圖案來表征，它具有如下表I所給出的圖線和相對強(qiáng)度表1ETS-10的X射線粉末衍射圖案(0-40°2θ)顯著性d-間距(埃) I/I014.7＝.35 W-M7.20＝.15 W-M4.41＝.10 W-M3.60＝.05 VS3.28＝.05 W-M表中VS＝60-100；S＝40-60；M＝20-40；且W＝5-20。
24.根據(jù)權(quán)項(xiàng)22的方法，其中從水分傳輸轉(zhuǎn)輪排出的進(jìn)氣的蒸氣壓低于約3乇。
全文摘要
通過使含有一定濃度微生物的空氣流過干燥劑的心板而顯著降低空氣中微生物的濃度。干燥劑的心板優(yōu)選設(shè)置在形成開環(huán)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)一部分的水分傳輸轉(zhuǎn)輪(11)中。優(yōu)選的干燥劑是大孔隙晶態(tài)鈦分子篩，它可以在低于約200°F的再生溫度下再生成為基本無水狀態(tài)，其后它能夠吸收空氣中的水分以提供蒸氣壓低于約3乇的空氣。
文檔編號F25D23/00GK1154076SQ95194289
公開日1997年7月9日 申請日期1995年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月19日
發(fā)明者J·A·科爾納, H·馬克 申請人:恩格爾哈德