CN102458489A - 空气消毒装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于空气消毒的装置，包括包含电源和控制单元的体和设置在体上的壳中的脉冲充电灯，该壳对于杀菌辐射透明，并能够通过在壳内产生自然通风而使空气对流冷却，其中一个或多个上部开口被设置所述壳的上部中而下部开口被设置在所述壳的下部中，具有以下关系：其中h为所述上部开口和所述下部开口之间的距离(m)；S上为所述上部中的开口的总表面积(m2)；S下为所述下部中的开口的总表面积(m2)；A＝(2-30)·1013J2/m5s2为能量平衡因子；C为储能电容器的电容(F)；U0为所述储能电容器的充电电压(V)；以及F为触发脉冲产生器的脉冲重复率(Hz)。

Description

空气消毒装置
技术领域
本发明涉及医疗设备，并可被用于改善在用于不同目的各种房间中的空气消毒/灭菌的效率。
背景技术
从现有技术可知这样的空气消毒/灭菌装置，该空气消毒/杀菌装置具有形式为水银气体放电杀菌灯的一个或几个紫外辐射源并以连续发光模式操作(RU 2153886Cl、A61L9/20,2000；RU 2153886Cl、A61L9/20,2007；EP0220050，A61L9/18,1987)。这些公知装置的主要缺点为由使用的杀菌灯发射的低密度单色辐射导致的低产率，以及相应地确保有效空气消毒需要较长的暴光时长。
用于空气消毒和除臭的另一公知单元包含容纳电源和控制单元(其包括储能电容器、高压恒流源、点火脉冲产生器、铁氧体芯脉冲变压器以及控制电路)的体以及安装在该体上并封入在水冷却管状石英壳中的形式为脉冲气体放电灯的紫外源；其中储能电容器和气体放电灯形成放电电路，该放电电路通过铁氧体芯脉冲变压器连接到点火脉冲产生器(RU2092191Cl、A61L9/20,1997)。在脉冲气体放电灯中使用的水冷却系统使设计变得复杂，增加了结构的重量，并降低了空气消毒处理的效率。
发明内容
本发明旨在简化单元设计并改善空气消毒/灭菌的效率和质量。
通过以下方面实现该任务的解决：提供一种空气消毒装置，包括容纳电源和控制单元的体和紫外辐射源，所述控制单元包括储能电容器、高压恒流电源、点火脉冲产生器、铁氧体芯脉冲变压器和程序控制单元，形式为脉冲气体放电灯的所述紫外辐射源被安装在所述体上并封装入管状石英壳中，其中所述储能电容器和所述脉冲气体放电灯形成通过所述铁氧体芯脉冲变压器而连接到所述点火脉冲产生器的放电电路，根据本发明，所述脉冲气体放电灯被安装在杀菌辐射透明壳中而具有由所述壳内部的自然通风(natural draught)所提供的对流空气冷却选项；此外，根据下列参数比值，所述壳在其上部具有一个或几个上部孔并在其下部具有一个或几个下部孔：
其中h为所述上部孔和所述下部孔/开口之间的距离，m；
S上-所述上部中的孔的总表面积，m2；
S下-所述下部中的孔的总表面积，m2；
A＝(2-30)·1013J2/m5s2-功率相关系数；
C-储能电容器的电容，F；
U0-所述储能电容器的充电电压，V；
F-所述点火脉冲产生器的脉冲重复率，Hz。
优选所述紫外辐射源被垂直安装在所述体上。
所述脉冲气体放电灯可以为U形或圆柱形。
此外，所述下部孔可以被形成在所述壳的所述侧表面上。
另外，所述紫外辐射源可被水平安装，以及所述上部孔和所述下部孔可以被形成在所述壳的所述侧表面上。
提供具有上部和下部孔的壳可以通过作为自然通风而通过壳的上升空气流来对流冷却脉冲气体放电灯。这在整体上简化了紫外辐射源和单元的设计，而包括单元的功率相关系数和相关结构和功率(操作)参数的并通过实验获得的上述比值(1)确保A＝(2-30)·1013J2/m5s2在上述范围中提供自然对流最优和高效的流动过程并冷却脉冲气体放电灯，和由于短波紫外辐射导致的空气中的氧形成臭氧和臭氧因经由气体放电灯中的电脉冲放电发射的热而热分解的过程。这使得脉冲气体放电灯可以可靠运作，并确保高程度的空气消毒和在所处理的房屋中的低水平的臭氧产生。
附图说明
图1示出具有垂直U形气体放电灯的空气消毒装置的总视图；
图2示出相同的装置，当却具有垂直的圆柱气体放电灯；以及
图3示出水平设置的脉冲气体放电灯的设计。
具体实施方式
空气消毒装置包含容纳电源和控制单元的体1，控制单元包括连接到高压恒流源3的能量存储电容器2、连接到铁氧体芯脉冲变压器5的点火脉冲产生器4以及程序控制单元6。包括闭合电路中的储能电容器2和铁氧体芯脉冲变压器5的次级绕组的形式为脉冲气体放电灯7的紫外辐射源被安装在体1上。
在杀菌辐射透明壳9(例如，由光谱透明范围通常在185-2700nm之间变化的熔融石英制成，或由蓝宝石制成)中封入石英U形管(图1)形式或圆柱形式的脉冲气体放电灯7，该脉冲气体放电灯7具有腔和在末端极处的由镀钍的钨制成的焊接电极8，在该腔中填充有在测量的300-450托的压力下的惰性氙气。该灯具有下部孔10和上部孔11，这两个孔之间的距离为“h”。优选地，通过介质凸缘12将壳9和脉冲气体放电灯7安装在体1上的垂直位置中。
如果脉冲气体放电灯7具有直圆柱形(图2)，上部孔11和下部孔10可被形成在圆柱壳9的侧表面上，孔10和11之间的距离等于“h1”。还可以将下部孔13设置在下介质凸缘12中，以及将上部孔14设置在上介质凸缘15中，孔13和14之间的距离等于“h2”。
在另一实施例中，水平固定在壳9(图3)上的脉冲气体放电灯7具有下部孔10，下部孔10可以被形成在壳9的侧表面的下部的中间，以及上部孔11可以被形成在壳9的侧表面的邻近末端极的上部和/或被制造在介质凸缘16中(孔14)，孔10和11之间的距离等于“h3”，而孔10和14之间的距离等于“h4”。
空气消毒装置由实验比值(1)表征，该实验比值(1)与壳9的设计几何参数和用于使用脉冲气体放电灯7的功率(操作)参数相关：
Figure BDA0000122446900000041
其中h为上部孔和下部孔之间的距离，m；
S上-上部中的孔的总表面积，m2；
S下-下部中的孔的总表面积，m2；
A＝(2-30)·1013J2/m5s2-功率相关系数；
C-储能电容器的电容，F；
U0-储能电容器的充电电压，V；
F-点火脉冲产生器的脉冲重复速率，Hz。
上述范围A＝(2-30)·1013J2/m5s2提供了壳9中的自然对流的最优和高效的流动过程和对脉冲气体放电灯7的冷却，以及由于短波紫外辐射导致的空气中的氧形成臭氧和臭氧因经由气体放电灯7中的电脉冲放电发出的热而热分解的过程。这使得脉冲气体放电灯7可以可靠运作，并确保高程度的空气消毒/灭菌和在所处理的房屋中的低水平的臭氧产生。
将微生物测试的校准结果预先输入到程序控制单元6中。这些测试限定在房屋的特定空间中所需的辐照时长以获得需要的杀菌效率和良好质量的空气消毒，从而对对应于比值(1)的特定技术参数赋值。
该空气消毒装置以下列方式操作：
在开始实际作业操作之前，在房间的中部安装装置；操作者将与房间中的空间有关的数据(体积)和所需的消毒水平输入到程序控制单元6中。然后，操作者打开单元，并离开房间。
在设定的延迟时间(20到30秒)之后，程序控制单元6打开恒流高压源3，该恒流高压源3对储能电容器2充电。一旦达到所需电压(基本上，U0＝1.4-2.8kV)，控制电路6断开恒流源3，并启动产生电压为0.7到1.5kV和时长为0.1到1μs的脉冲的点火脉冲产生器4，从而在脉冲变压器5的初级绕组中产生对应的电流。由于两个绕组通过共同的铁氧体芯而电磁耦合，因而在脉冲变压器5的次级绕组中产生高至20kW的脉冲电压。该电压被跨电极8施加并造成在脉冲气体放电灯7的腔中的氙气的初级电击穿。储能电容器2通过导电等离子体通道放电。然后，该初级等离子体被强离子化、加热并扩展，填充在脉冲气体放电灯7的腔的所有内部空间。等离子体温度在放电电流脉冲的峰值处达到12到18kK。这样的光密等离子体发射具有完全覆盖杀菌辐射范围(205到305nm)的连续光谱的强紫外和可见辐射。该辐射通过脉冲气体放电灯7的杀菌辐射透明管和壳9，到达房屋的周围空气空间，从而对所需区域进行消毒。
在储能电容器2被放电后，电流停止流过等离子体；等离子体冷却，变为去离子化，并返回到其通常的分子状态。接下来，以由高压恒流源3的功率限定的速率(基本上，F＝2到4Hz)重复该过程。当到达结束处理的确定时间时，关闭装置。
重复作为周期序列的放电电流脉冲和相应的辐射脉冲。脉冲电流的半幅宽度为80到120微秒，而脉冲重复周期为300到500毫秒，也就是，在储能电容器中存储的能量被以极短的时间注入到等离子体中，即，为内部脉冲时间的1/5000到1/3000。
每个紫外辐射脉冲，更确切地，具有小于210nm的波长的紫外辐射导致在壳9与脉冲气体放电灯7之间的空间中形成一些源自空气的臭氧。臭氧因被壳9阻止而不能直接进入周围环境，因而需要相当的时间自然地通过壳中的孔离开。
由于装置连续工作，在壳9与脉冲气体放电灯7之间的空间中的空气-臭氧混合物由于来自脉冲气体放电灯7的管状表面的较高热发射(在这些应用的模式中，输入功率的约40％被转换为热)而被加热，空气-臭氧混合物的温度持续快速增加。实验数据表明，即使在实际开始工作的40到80秒之后，壳9的壁温、脉冲气体放电灯7的管以及在这些部分中的开放空间中的气体(臭氧-空气混合物)达到准稳态值。
加热在壳9与脉冲气体放电灯7之间的空间中的空气-臭氧混合物激活两个同时的过程：第一，在高温(大于200℃)，臭氧迅速分解为氧原子，并立即呈现分子形式，第二，由于混合物被加热时减小的气体密度(臭氧-气体混合物)，在壳9的内部和外部之间存在密度和压力的显著差异。这造成在壳的内部出现从下部孔到上部孔的上升对流空气(臭氧-空气混合物)流(自然通风效应)。该暖空气的上升流(其中臭氧已经恢复为氧分子)带走所有过剩的热，通过自然对流冷却脉冲气体放电灯7，以及实际上没有臭氧地从壳9散出。
以上述壳9的几何参数与脉冲气体放电灯7的操作模式之间的上述比值(1)反应所指出的过程之间的相互关系。实验限定的功率相关系数A具有从2·1013到3·1014J2/m5s2的值。因此，在该范围内构建并提供下列方面：一方面，紫外辐射源的紫外与可见光辐射的强发射之间的最优平衡，以及在臭氧-空气混合物中产生相当量的热；另一方面，由通过自然通风效应产生的空气流对流冷却脉冲气体放电灯7的管状表面。以该方式，因子A的较低值对应于获得臭氧强热解的高温，而较高值对应于脉冲气体放电灯的灯泡壁因过量的热而软化的温度限制。
增加供给到脉冲气体放电灯7的功率导致产生更多的紫外辐射。这又导致紫外辐射源内部中臭氧产生的增加、热产生的增加、臭氧-空气混合物的温度增加、臭氧热分解速度的增加和通过壳9的孔的空气流速的增加，以及最终导致用于脉冲气体放电灯7中的对流冷却的较佳条件。
实例1
具有垂直位于直径为50mm的石英壳中的U形脉冲气体放电灯的1kW空气消毒装置(图1)具有下列技术参数：
C＝100μF＝10-4F，U0＝2,800V，F＝2.5Hz，h＝0.275m，S上＝2·10-4m2，S下＝1.7·10-4m2。
该装置被安装在下列尺度的房间中：长度：3.70m，宽度：3.05米，高度：3.85m；房间的总表面积29.2m3。预先以这些参数的单元进行的微生物测试表明该单元应工作36秒以维持99.9％(针对金黄色葡萄球菌微生物卫生指标测得)的有效杀菌空气消毒(即，每1,0000个微生物中的999个被消灭)。在指定时间通过程序控制单元6开启装置，然后通过GANK-4(气体分析仪)确定空气中的臭氧水平，计算空气中的臭氧浓度和空气中的臭氧平均体积浓度。后者等于49μg/m3。
该值没有超过根据卫生标准GN 2.2.5.1313-03“工作区的空气中允许的有害物质的最大允许浓度(MAC)”的空气中臭氧MAC-100μg/m3。
实例2
具有水平位于直径为20mm的石英壳中的直圆柱形式的脉冲气体放电灯、200W功率的空气消毒装置(图3)具有下列技术参数：
C＝60μF＝6·10-5F，U0＝1,400V，F＝3.3Hz，h＝20mm＝0.02m，S上＝1cm2＝1·10-4m2，S下＝1cm2＝1·10-4m2。
该装置被安装在具有29.2m3的总表面积的相同的房间中。根据维持99.9％(针对金黄色葡萄球菌微生物卫生指标测得)的有效灭菌空气消毒的微生物测试，该单元应工作300秒以实现最大结果。在指定时间通过程序控制单元6开启装置，然后，计算空气中的臭氧平均体积浓度，该浓度在该情况下等于84μg/m3。获得的值同样没有超过在工作区域中的空气中允许的臭氧MAC。

Claims (5)

1.一种空气消毒装置，包括容纳电源和控制单元的体和紫外辐射源，所述控制单元包括存储电容器、高压DC电源、点火脉冲产生器、铁氧体芯脉冲变压器和程序控制单元，所述紫外辐射源以脉冲气体放电灯的形式被安装在所述体上，所述脉冲气体放电灯被封装入对杀菌辐射透明的管状冷却壳中，其中所述存储电容器和所述脉冲气体放电灯形成通过所述铁氧体芯脉冲变压器连接到所述点火脉冲产生器的放电电路，其特征在于，所述脉冲气体放电灯被安装在对杀菌辐射透明的壳中并具有由所述壳内部产生的自然通风所提供的对流空气冷却能力，其中所述壳在其上部具有一个或几个上部孔并在其下部具有一些下部孔，具有下列参数比值：
Figure FDA0000122446890000011
其中h为所述上部孔和所述下部孔之间的距离，m；
S上-所述上部中的孔的总表面积，m2；
S下-所述下部中的孔的总表面积，m2；
A＝(2-30)·1013J2/m5s2-功率相关系数；
C-能量存储电容器的电容，F；
U0-所述能量存储电容器的充电电压，V；
F-所述点火脉冲产生器的脉冲重复率，Hz。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述紫外辐射源被垂直安装在所述体上。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于，所述脉冲气体放电灯为U形的。
4.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，所述下部孔被形成在所述壳的侧表面中。
5.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述紫外辐射源被水平安装，以及所述上部孔和所述下部孔被形成在所述壳的侧表面中。
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