CN107670086A - 灭微生物紫外线管及其应用的空气调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种灭微生物紫外线管及其应用的空气调节系统，灭微生物紫外线管供接收一流体，该灭微生物紫外线管包括：一中空管本体，包括一流入埠、一留出埠、及导接前速流入埠和留出埠的流导部，前述流道部具有一个内侧面；一结合设置于上述中空管本体内侧面，供上述流体行经，并遮蔽上述流道部内侧面的紫外线隔离层；及至少一设置于上述中空管本体和/或上述紫外线隔离层的紫外线光源；其中，前述紫外线隔离层会吸收和/或反射来自前述紫外线光源发出的紫外光，降低前述紫外光照射至上述流道部的机率。

Description

灭微生物紫外线管及其应用的空气调节系统

技术领域

本发明涉及一种管体，由其是一种杀菌紫外线管及具有该管的空气调节系统。

背景技术

人体以及生活成员的健康除了有赖主动锻炼身体、补充营养、确保休息等等，也必须防止外来病原例如细菌或病毒侵入。长久以来，灭菌/病毒是人类减少疾病感染的一种主要方法。针对如何排除细菌(Bacteria)，病毒(Virus)，以及其他种类的病原体(Pathogen)等等微生物，已有诸多的手段，包括可以实质去除病原体，以减少人体健康的威胁，也包括透过过滤等方法将病原体排除在人类生活范围以外的诸多手段。

然而，病原体基于生命会自动寻求永续繁衍，也会随著环境更新而不断演化，而在生命体所必须的空气、水等介质中存活和散播，面对这些潜在的威胁，相关的杀微生物方法主要可以分为物理式的以及化学式的。物理式的方法，包括过滤、在物体表面以蒸汽加热至上百度等；化学式的方法，则可以臭氧、漂白剂等为例。但是，各种方法都有实施的限制，也很难涵盖所有病原体，尤其考虑日常生活中的操作便利性，更使许多有效的方法难以实施。

目前，已有业者针对空调的滤网进行改良，其中一种灭微生物的方法是如美国专利US第9518487号所揭露，因为光触媒材料具有良好的活性，所以在滤网处设置如图1所示的光触媒(Photocatalyst)7，时时以紫外线照射，当空气中存有细菌、病毒等病原体，且病原体恰好行经滤网的时候就可能接触到被活化的光触媒分子，而与触媒反应分解，藉由瓦解病源体结构达到清静空气的功效。除二氧化钛(Titanium dioxide)这类需利用紫外光照射的光触媒外，目前常见的还有例如美国专利8172925号中所提出的活性碳 (CarbonFilter)、以及其他业者提出的纳米银 (Nano Silver)等。

不过，触媒的功效会受到接触与否的条件限制，唯有在病原体与触媒本身直接接触的时候，才能促进分解反应。换言之，在流体通过滤网时，如果滤网的孔隙过大，许多被空气分子所携带的病原体并未实际接触滤网，就有机会直接穿越而接触人体等宿主，成为疾病威胁。相反地，如果滤网的网眼太小太密，虽然可以提升接触率，但包括灰尘或分解后的病原体等也会残留而造成堵塞，使得滤网的通气量迅速下降而失效。目前许多业者都选择採取多层式的结构，设置更多的过滤层，希望藉此增加接触病原体的机会，然而，多层式结构一方面需佔用更大体积，而且滤网成本提高，尤其如果是采用光触媒，又会遇到使用激发光触媒紫外光的UVA (波长315-400nm)以及UVB(波长280-315nm)的穿透性质不佳的问题，会使得多层滤网的效果大打折扣。

另一方面，紫外线中的UVC(波长100-280nm)由于波长更短，频率更高，因此单一光子的能量也相对提高，不只可以独力杀菌，也会造成所照射到的材料或电路元件迅速老化，构成光劣化(Degradation)；一般在自然界中，则是因为地球的大气层保护，使得太空中的UVC无法抵达地球表面，但基于能量较高，可能对人体造成伤害，因此在应用时也要更谨慎考量其中的安全性问题，在使用上便受侷限。另外一个利用紫外光杀菌的问题是光衰退，亦即考量紫外光往往在传递过程中消散，使得发光消耗的能量无法相对有效率的转换为杀菌的效果。

总而言之，今日的杀菌方法上，除了期望能更有效且完整的排除病原体对人类的生活环境造成的威胁，还希望能够在杀菌的过程中不会形成对病原体以外的其他不必要的损害。此外，除了要有更有效率的杀菌技术以外，也要确保人类以及人类生活中其他成员的安全，这也是本案所欲追求的目标。

发明内容

本发明之一目的在提供一种灭微生物紫外线管，藉由紫外线光源搭配中空管本体以及紫外线隔离层，可以更有效地针对介质流体进行全面性灭微生物。

本发明之另一目的在提供一种灭微生物紫外线管，藉由紫外线光源搭配紫外线隔离层，确保紫外光不致轻易外洩而损及管体或造成使用者的风险。

本发明之又一目的在提供一种灭微生物紫外线管，藉由紫外线光源搭配紫外线隔离层，结构大幅简化，也降低产品的制造成本。

本发明之再一目的在提供一种具有灭微生物紫外线管的空气调节系统，藉由紫外线光源搭配中空管本体以及紫外线隔离层，直接且有效率地灭除微生物，提升使用环境的空气清静程度。

本发明之又另一目的在提供一种具有灭微生物紫外线管的空气调节系统，简化产品结构，有效降低成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

灭微生物紫外线管，供导接一流体驱动装置，接收来自前述流体驱动装置的一流体，该灭微生物紫外线管包括：一中空管本体，包括一承接上述流体驱动装置所驱动的前述流体进入的流入埠、一输送前述流体流出的流出埠、及导接前述流入埠和流出埠的流道部，前述流道部具有一个内侧面；一结合设置于上述内侧面，供上述流体行经，并遮蔽上述流道部内侧面的紫外线隔离层；及至少一设置于上述中空管本体和/或上述紫外线隔离层的紫外线光源，前述紫外线光源被致能时，所发紫外光的波长是在100纳米至280纳米之间，并且沿前述紫外线隔离层的前述内侧面界定出之空间内至少一部分达到光照强度高于40μw·sec/cm²；其中，前述紫外线隔离层会吸收和/或反射至少八成来自前述紫外线光源发出的紫外光，藉以降低前述紫外光照射至上述流道部的机率。

综上述，本发明透过中空管本体并搭配紫外线光源直接照射，一方面简化管体结构，降低制造成本，另方面直接且全面地针对流体介质杀菌，增加紫外光直接接触病原体并杀菌的效率；再以适当的紫外线隔离层隔离紫外线光源作为搭配，降低紫外光外洩而造成杀菌以外的不必要损害；最后，还可以配合生物感测器，更准确地延缓流体流动而提升灭微生物效率。

附图说明

图1为装有光触媒之先前技术的示意图。

图2为本发明第一较佳实施例的示意图，用以说明本发明与流体驱动装置以及环境之间的关系。

图3为图2实施例的部分剖面示意图，用于说明本发明的内部组成关系。

图4为本发明第二较佳实施例的示意图，用以说明本发明与流体驱动装置以及环境之间的关系。

图5为图4实施例的剖视图，用于解释本发明的内部组成关系。

图6为图4实施例的结构示意图，用于解释本发明的内部组成以及与流体之间的作用关系。

图7为本发明第三较佳实施例的立体透视示意图，用于说明本发明的内部结构关系。

标号说明

1、1’、1’’… 灭微生物紫外线管 11、11’… 中空管本体

111、111’ … 流入埠 113、113’ …流出埠

115、115’ …流道部 117、117’ …内侧面

13、13’ …紫外线隔离层 131、131’ …流入缓动部

133、133’ …流出缓动部 15、15’ …紫外线光源

171 …生物感测器 173 …处理器

3’’ …空气热交换单元 31、31’、31’’ …流体驱动装置

33’’ …热交换装置

5’’ …具有灭微生物紫外线管的空气调节系统

7 ... 光触媒 9、9’、9’’…流体。

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之较佳实施例的详细说明中，将可清楚呈现；此外，在各实施例中，相同之元件将以相似之标号表示。

本发明第一较佳实施例是一种装设于车用空调系统中的灭微生物紫外线管1。如图2所示，灭微生物紫外线管1与作为流体驱动装置31的风扇相导接，接收受流体驱动装置31带动来自车内外的空气作为流体9。本例中的车不限于客车或者是卡车，当然，将本例中的车用空调系统转换至家用空调系统亦不影响本发明的实质。

请一并参照图3，本例中的灭微生物紫外线管1是以一层挤出(Extruding)成型的铝管作为其中的紫外线隔离层13。当然，熟知本技术领域者可以轻易知悉，亦可以以锡或其他适合挤压的材料以同样方式制造，或是以铸造或抽拉的方式形成例如铜或其他材质的金属中空管体，抑或是藉由添加可吸收或反射紫外线的材料，均能简单替代作为本发明的紫外线隔离层，为便于理解，在此将上述藉助于金属材料延展性而成形的金属中空管定义为一延展金属层。

接著，再将上述延展金属层所构成的紫外线隔离层13置入塑胶射出模具中，以埋入射出成形(insert molding)的方式，在延展金属层的外侧一体形成出本例中的中空管本体11，为便于说明，将中空管本体11用来导接至风道上游侧的部分称谓流入埠111，气体输出的部分称为流出埠113，介于流入埠111和流出埠113之间的部分则称为流道部115，流入埠11和留出埠113所称“埠”即接口。因此，紫外线隔离层13会相对紧密贴合于流道部115的内侧面117。当然，若以两种相异的金属或合金材料，甚至金属材质和陶瓷材质分别制作位于内侧的紫外线隔离层13和外侧的中空管本体11，同样没有偏离本发明的实质。

本实施例使用每颗LED光照强度约2250μw·sec/cm²的UVC发光二极体作为紫外线光源15，致能后，会发出波长为254纳米的UVC光。LED晶粒则是焊接在软式电路板上，并且整体固定在紫外线隔离层13的内侧表面。由于本例中是要确保紫外线光源15可以对于管内流通的空气，累积超过22000μw /cm²的光照强度，以杀死相对更具紫外光抵抗性的细小芽孢菌等病原体，因此本例中是採12颗UVC的LED晶粒为例。

本例中的灭微生物紫外线管1还设置有一生物感测器171，在此是例释为一种雷射式的摄影设备，藉由雷射光作为光源照射，取得高解析度低杂讯的影像，再透过放大解析，便可以追踪流体9中是否仍有存活的病原体，甚至病原体在流体中的运动状态，并将有机体的资讯转换为一个回馈讯号，回馈输送至处理器173，藉此提高紫外线光源15的驱动电流，增强光照强度；或反向降低流体驱动装置31的压力，减缓流体流速，增加流体9在管内接受紫外光照射的时间，以增大累计发光强度，提升杀菌效果。

此外，在紫外线隔离层13接近流入埠111和流出埠113的部位，分别形成与紫外线隔离层11一体成形的流入缓动部131和流出缓动部133。当紫外线光源15被致能时，藉由铝材质的紫外线隔离层13进行反射和吸收，一方面可以减少紫外光因外洩而导致光强度大幅降低，确保在光照范围有效杀菌；另一方面，藉由流入缓动部131、流出缓动部133的结构，更增长管体内空气的照光时间；还可以大幅降低透射到中空管本体11的紫外光强度，避免大量的紫外线照射造成中空管本体11迅速光劣化。

本发明的第二较佳实施例请参照图4，是一种应用在一般家庭水处理系统中的灭微生物紫外线管1’，尤其是适用在自来水管线入口，供一般家庭用水的灭微生物程序。因此，本例中的流体9’就是一般自来水，并且以一般家用的抽水马达作为本例的流体驱动装置31’，将自来水导流经过灭微生物紫外线管1’，才供给到各自来水龙头，使得自来水可以先经过灭微生物紫外线管1’灭除病原体后，才被取出使用。

请见图5及图6，本例的灭微生物紫外线管之中空管本体例释为一聚丙烯材质的中空管本体11’，其中形成有一口径稍大接收水流入的流入埠111’，一允许流体排出的流出埠113’，以及两者之间封闭延续的流道部115’。流道部115’向内侧具有一内侧面117’，并且将一层金属以电镀方式结合至上述内侧面117’，藉此形成一层作为紫外线隔离层13’的金属镀层，从内侧面117’侧隔离保护住中空管本体11’。于本例中，紫外线隔离层13’是以铜为例，当然也可以选择其他无害于人体的金属材料。

在中空管本体11’中，设置有两根例释为紫外线高压汞灯的紫外线光源15’，并且以水密方式支撑固定于中空管本体11’，紫外线高压汞灯被致能时，所发光谱中包括一组中心波长约为250纳米的UVC成分，包含至少UV波长区间的200~280纳米，甚至，熟知本技术领域之人士能轻易知悉，可以多个不同发射波长的紫外线光源相互搭配，针对不同种类的病原体做杀菌及消毒处理，亦不影响本发明的实质。紫外线隔离层13’沿中空管本体11’靠近的流入埠111’以及流出埠113’处，分别还设置有流入缓动部131’以及流出缓动部133’，用于防止紫外光向外扩散。本例的流入缓动部131’以及流出缓动部133’均是由一种掺有紫外线吸收剂的树酯制成，并可拆卸地对应固定于内侧面117’。

当紫外线光源15’被致能时，因为本发明没有其他物体会阻挡光线行进，通过灭微生物紫外线管1’的水会被紫外线光源15’发出的紫外光穿透照射均匀消毒，而且因紫外线隔离层13’具有良好的紫外光反射效果，可以在相同的耗电条件下将更多的紫外光集中利用在杀菌和消毒上，减少紫外光洩漏的能量耗费。同时，流入缓动部131’以及流出缓动部133’将可能扩散超出紫外线隔离层13’所覆盖的地方的紫外光吸收，减少紫外光照射到其他地方的机率而可能造成的不必要的损害，如被塑胶制成的中空管本体11’吸收而造成光劣化。

其中，中空管本体11’内被紫外线隔离层13’遮蔽的部分于本例，由于紫外线光源15’设置在中空管本体11’正中间，因此沿紫外线隔离层13’的前述内侧面117’界定出之空间内均能均匀的接收到致能后紫外线光源发出的紫外光，并且一致达到高于40μw·sec/cm²的光照强度基础；藉此对病原体产生难以快速修复的损害。其中，本例受曝光的中空管本体11’长度约为12公分，以一般家用水流速约2cm/sec计，水流经紫外线曝光杀菌共6秒，在均匀紫外光照射下已可对九成以上病原体种类达到消毒功效。

此外，也可在水流入灭微生物紫外线管1’之前，预先经过一层活性碳（图未示）以去除臭味分子。藉由活性碳和紫外光的相互搭配，让水质更优化。最后，除了紫外线隔离层13’以外，为了加强安全措施，亦可以加装控制在人为撞击到或受到外来施力的时候切断电源的保险设施（图未示），加强防止紫外光造成不必要的洩漏损害。

本发明的第三较加实施例是一种用于住宅中具有灭微生物紫外线管的空气调节系统5’’。当然，本发明并不限应用于住宅中，应用于车辆或者其他处所均无碍于本发明的实质。其中，与前述实施例相同之处都不再赘述。如图7所示，本例中具有灭微生物紫外线管的空气调节系统5’’包含一热交换装置33’’，在此例释为一种压缩机组件；不过，如本技术领域者可以轻易知悉，也可以透过其他如水冷式的冷热交换组件等，轻易置换作为热交换装置亦不偏离本发明之实质。并且以风扇作为流体驱动装置31’’驱动空气作为本例中的流体9’’。

热交换装置33’’和流体驱动装置31’’共同成为本发明的空气热交换单元3’’；最后，将灭微生物紫外线管1’’导接在空气热交换单元3’’中。本例中，灭微生物紫外线管1’’被组合在空气通过热交换装置33’’的位置，使得热交换以及杀菌两个过程同时完成。当然，若将灭微生物紫外线管1’’设置于预备空气通过热交换装置33’’之前或者之后均不影响本发明的实质。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施之范围。故凡是依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖之范围内。

Claims (10)

1.灭微生物紫外线管，供导接一流体驱动装置，接收来自前述流体驱动装置的一流体，其特征在于，该灭微生物紫外线管包括：

一中空管本体，包括一承接上述流体驱动装置所驱动的前述流体进入的流入埠、一输送前述流体流出的留出埠、及导接前速流入埠和留出埠的流道部，前速流道部具有一个内侧面；

一结合设置与上述中空管体内侧面，供上述流体行经，并遮蔽所述流道部内侧面的紫外线隔离层；及

至少一设置于上述中空管本体和/或上述紫外线隔离层的紫外线光源，前述紫外线光源被至能时，所发紫外光的波长是在100纳米至280纳米之间，并且沿前述紫外线隔离层的前述内侧面界定出之空间内至少一部分达到光照强度高于40μw·sec/cm²；

其中，前述紫外线隔离层吸收和/或反射至少八成来自前述紫外线光源发出的紫外光，籍以降低前述紫外光照射至上述流道部的几率。

2.如权利要求1所述的灭微生物紫外线管，其特征在于：其中上述流道部具有一特定长度，使得上述流体受上述流体驱动装置驱动，行经该流道部时，至少暴露于上述紫外线光源照射范围达六秒钟以上。

3.如权利要求2所述的灭微生物紫外线管，其特征在于：其中上述紫外线光源具有一特定发光强度，使得上述流体受上述流体驱动装置驱动，行经该流道部时，至少累计光照强度达22000μw/cm²。

4.如权利要求2所述的灭微生物紫外线管，其特征在于：更包含至少一生物感测器及至少一处理器，前述生物感测器是供感测来自前述流体中的有机体讯号，并转换为一回馈讯号输出至上述处理器，该处理器则依照上述回馈讯号决定前述紫外线光源的上述发光强度。

5.如权利要求1、2、3或4所述的灭微生物紫外线管，其特征在于：其中上述紫外线隔离层还包含：

一形成于前述紫外线隔离层上接近前述流入埠的流入缓动部，以及

一形成于前述紫外线隔离层上接近前述流出埠的流出缓动部，供限制前述紫外线光源所发出的紫外光照射至上述中空管本体。

6.如权利要求1、2、3或4所述的灭微生物紫外线管，其特征在于：其中前述紫外线隔离层是一层延展金属层。

7.如权利要求1、2、3或4所述的灭微生物紫外线管，其特征在于：其中前述紫外线隔离层是一层金属镀层。

8.具有灭微生物紫外线管的空气调节系统，供接收一空气，其特征在于，该空气调节系统包括：

至少一供前述空气进行热交换的空气热交换单元，包含：

至少一供接收前述空气的流体驱动装置，及

至少一热交换装置，

至少一个与前述空气热交换单元导接的灭微生物紫外线管，包括：

一中空管本体，包括一承接上述流体驱动装置所驱动的空气进入的流入埠、一输送前述空气流出的流出埠、及导接前述流入埠和流出埠的流道部，前述流道部具有一个内侧面；

一结合设置于上述中空管本体内侧面，供上述空气行经，并遮蔽上述流道部内侧面的紫外线隔离层；及

至少一设置于上述中空管本体和/或上述紫外线隔离层的紫外线光源，前述紫外线光源被致能时，所发紫外光的波长是在200纳米至280纳米之间，并且沿前述紫外线隔离层的前述内侧面界定出之空间内至少一部分达到光照强度高于40μw·sec/cm²；

其中，前述紫外线隔离层会吸收和/或反射至少八成来自前述紫外线光源发出的紫外光，藉以降低前述紫外光照射至上述流道部的机率。

9.如权利要求8所述的具有灭微生物紫外线管的空气调节系统，其特征在于：

其中上述流道部具有一特定长度，且上述紫外线光源具有一特定发光强度，分别使得上述空气受上述流体驱动装置驱动，行经该流道部时，至少暴露于上述紫外线光源照射范围达六秒钟以上，并且至少累计光照强度达22000μw/cm²。

10.如权利要求8或9所述的具有灭微生物紫外线管的空气调节系统，其特征在于：

其中上述紫外线隔离层还包含：

一形成于前述紫外线隔离层上接近前述流入埠的流入缓动部，以及

一形成于前述紫外线隔离层上接近前述流出埠的流出缓动部，供限制前述紫外线光源所发出的紫外光照射至上述中空管本体。