CN110831635A

CN110831635A - 用于增强减少病原体、过敏原和致臭剂的方法和设备

Info

Publication number: CN110831635A
Application number: CN201880028795.3A
Authority: CN
Inventors: 安德鲁·艾德; 约瑟夫·乌尔索
Original assignee: DBG Group Investments LLC
Current assignee: DBG Group Investments LLC
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2020-02-21
Also published as: EP3589332A1; US11951237B2; US20190216970A1; US11103611B2; US10279068B2; WO2018160412A1; US20210393846A1; US20180250431A1

Abstract

公开了通过控制和/或降低污染物的水平帮助降低和预防感染的方法和装置，所述污染物包括病原体、过敏原和/或致臭剂(包括VOC)。在高湿度环境中进行光催化氧化以使得易于产生过氧化氢分子。

Description

用于增强减少病原体、过敏原和致臭剂的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于控制和/或降低封闭或半封闭环境中一种或多种病原体、过敏原和/或致臭剂的水平的设备和方法。

背景技术

病原体、过敏原和致臭剂(包括病原微生物、霉菌、霉、孢子以及有机和无机污染物)通常是气载的或在宽范围的环境中的接触表面上。这些物质可引起不适，并且在一些情况下，可引起吸入或接触它们的人的严重疾病和死亡。

环境空间中的微生物控制和消毒通常是期望的，因为其改善所述区域的清洁度和健康度。另外，与医疗洁净室、手术室、食品加工环境、某些类型的制药或生物实验室等相关的空气和表面的消毒是必要的。已经使用了许多技术、设备和程序对空间和区域消毒，以初步净化空气并将表面消毒，并使它们长时间保持消毒状态。许多这些已知技术、设备和程序是复杂、繁琐、昂贵的，并且长期以来相对低效。

例如，已知反应性氧化物种(“ROS”)(其是含氧的化学反应性分子，如通过光催化氧化方法生产的那些)能够氧化有机污染物并在接触时杀死微生物。更特别地，已知光催化反应的产物，如羟基自由基、过氧羟基自由基、氯、过氧化氢和臭氧，能够氧化有机化合物并杀死微生物。然而，对于本领域技术人员可用的已知方法和设备存在现有限制。所述现有限制既是由于它们有限的效率也是因为潜在的人身安全问题。“ROS”是经常用于描述在空气中产生的高活化分子的术语，所述高活化分子是由暴露于特定带宽的紫外(UV)光的环境湿度空气产生的。

就单独使用UV光而言，紫外范围(即10-400nm)内的光或辐射以某一频率发射光子，所述频率具有足够的能量以在吸收某些化合物时断裂化学键。波长在250-255nm之间的UV光惯常地用作杀生物剂。约181nm至约187nm之间的UV光通常用于分解空气中发现的某些分子以产生臭氧。在某些情况下也可以使用UV光来产生臭氧。使用UV光产生臭氧通常是一种与一种也用于产生臭氧的电晕放电技术竞争的方法。

UV辐射和臭氧有时都用于对社区水系统进行消毒。已知臭氧被用来帮助对工业废水和水冷却塔进行消毒和处理。

还已知过氧化氢具有抗微生物特性，并且已经在水溶液中用于消毒和微生物控制。

已经进行了许多通过使用气相或蒸气相过氧化氢来对房间内空气消毒的尝试。然而，与生产“纯化”过氧化氢的需求相关的技术障碍阻碍了这些尝试。更特别地，过氧化氢的汽化水溶液通常产生由过氧化氢水溶液组成的微滴的气溶胶。

用于“干燥”汽化过氧化氢溶液的各种方法产生了过氧化氢的水合形式，其不是非常有用。水合过氧化氢被确定为是不希望的，因为水合过氧化氢分子被通过静电引力和/或伦敦力结合的水分子包围。进一步确定，过氧化氢分子通过静电力直接与环境相互作用的能力被键合到过氧化氢分子的水分子大大削弱。因此，过去的努力是针对减少或消除与过氧化氢结合的水分子，以使过氧化氢分子能够与有机污染物和微生物相互作用、反应并对其进行消毒。

另外，使用汽化过氧化氢的一个重要缺点是所需和产生的浓度通常远高于1.0ppmOSHA工作场所安全限度。因此，使用汽化过氧化氢来对有机污染物消毒并杀灭微生物不适于在工人占用的工作区域或环境中使用。

光催化剂在过去已经用于减少或消除流体中的有机污染物。这样的光催化剂包含但不限于TiO₂、ZnO、SnO₂、WO₃、CdS、ZrO₂、Sb₂O₄和Fe₂O₃。其中，二氧化钛(TiO₂)是化学稳定的，具有适用于UV/可见光活化的带隙，并且相对便宜。因此，二氧化钛的光催化化学在过去三十年中一直是广泛研究的对象，因为它能够从污染的空气和水中减少或消除对人有害的有机和/或无机化合物。

光催化剂已经被用于产生过氧化氢气体以释放到环境中，因为光催化剂在被足够能量的UV光激活时还由水廉价地产生羟基自由基。然而，光催化剂的在先用途主要集中在产生含有许多不同活性化学物种的等离子体。此外，光催化等离子体中的大多数化学物种与过氧化氢反应，并且因此由于同时发生的也破坏或分解过氧化氢分子的反应而抑制了过氧化氢气体的产生。而且，由于过氧化氢是非常有反应性的分子，因此引入等离子体中的任何有机气体通过与过氧化氢的直接反应以及通过它们的氧化产物与过氧化氢的反应二者来抑制过氧化氢的产生。

光催化反应器本身也限制了用于释放到环境中的汽化过氧化氢的产生。这是由于过氧化氢具有比作为牺牲氧化剂被还原的氧更大的化学势的事实。因此，在光催化反应器中，过氧化氢随着在反应器内向下游移动，优先还原回氢气和氧气，与通过水的氧化产生过氧化氢一样快。

氧化：

2光子+2H₂O→2OH.+2H++2e-2OH.→H₂O₂

还原：

2OH.+2H++2e-→2H₂O

另外，若干副反应产生多种物种，所述物种成为光催化等离子体的一部分并抑制可释放到环境中的过氧化氢气体的产生。

激活光催化剂的光波长具有足够的能量以弱化或破坏过氧化氢分子中的过氧键并抑制可释放到环境中的汽化过氧化氢的产生。此外，使用产生臭氧的光波长的实践将又一种破坏过氧化氢的物种引入到光催化等离子体中。

O₃H₂O₂→H₂O+2O₂

在实践中，光催化剂的使用已经集中在通常含有臭氧的等离子体的产生上，然后将其用于氧化有机污染物和微生物。由于这些等离子体主要仅在反应器自身的范围内有效，因此这些设备被设计成仅使空气通过反应室以进行消毒。参见，例如，美国专利号6,955,791。因此，它们在大空间或物体表面消毒方面具有有限的应用。

等离子体在其产生并且在其中进一步主动降解过氧化氢气体的反应器的范围以外还具有有限的化学稳定性。

此外，由于采用这种现有设计，等离子体仅在反应器自身的范围内真正有效，许多现有设计试图使“污染空气流”在反应器内的停留时间最大化，以利于有机污染物和微生物在它们经过反应器时进行更完全的氧化。但是，由于过氧化氢具有如此高的还原可能性，因此最大化的停留时间伴随地导致最小化的过氧化氢产生，从而导致低效的净化设备。

而且，光催化剂的大多数用途产生对环境有害的化学物种。其中第一种有害的化学物种是臭氧本身，其是许多系统的有意的产物。然而，臭氧在被人吸入时是潜在有害的，并且其臭氧水平被严格地控制。

此外，由于经过反应器的有机污染物在单次暴露中很少被氧化，所以可能需要多重空气交换设备以实现有机污染物和微生物完全氧化成二氧化碳、水和其它非有机污染物。当不完全氧化发生时，在反应器中可以产生各种醛、醇、羧酸、酮和其它部分氧化的有机物种。通常，现有的光催化反应器实际上可以通过将大的有机分子分割成多个小的有机分子(如甲醛)来增加空气中有机污染物的总浓度。

其它使用臭氧和过氧化氢进行消毒的现有尝试已经寻求控制被清洁环境的温度和湿度。例如，美国专利号7,407,624公开了一种在特定温度和特定湿度的密封环境中使用特定浓度的臭氧和过氧化氢减少密封的封闭体中过敏原、病原体、气味和挥发性化合物的方法。然而，由于需要密封被消毒的环境并且由于臭氧水平对于人类安全来说太高，所以此方法对于在房间大小的区域(如医疗手术室)中的使用是不实用的。

如此，在本领域中仍然需要一种控制和/或降低来自人类生活或工作的环境中的空气和表面的一种或多种病原体、过敏原、有机或无机污染物和/或致臭剂的水平的有效方法。

发明内容

本发明的实施方案提供一种系统和方法，其通过在反应室内产生臭氧和过氧化氢的组合并将臭氧、过氧化氢和其它产生的分子(如羟基自由基和超离子)作为湿蒸气的一部分排放到限定区域或环境中，来帮助控制或降低限定区域或环境内的一种或多种病原体、过敏原和/或致臭剂的水平，所述限定区域或环境例如为房间、建筑物、手术室、更衣室、育婴室、厨房、盥洗室/淋浴室、实验室、飞机、火车、船、公共汽车、汽车或其它运输车辆舱室、桑拿室、HVAC系统以及其它人类工作或生活的封闭或半封闭区域或环境。

各种实施方案涉及一种用于控制和/或降低选自由病原体、过敏原和致臭剂组成的组的物质或污染物的水平的方法，其包含：将所述物质暴露于包含有效量的臭氧和过氧化氢的气态气氛中，其中过氧化氢在相对湿度为至少70％至100％的环境中产生。将所述物质暴露于所述气态气氛中一段足以减少目标物质的时间。

其它实施方案涉及用于产生包含有效量的臭氧和过氧化氢的气态气氛的设备，其中过氧化氢在相对湿度为70％至100％的环境中产生。

一些实施方案提供一种降低环境中空气中物质水平的系统，其中所述环境包含封闭或部分开放环境并且其中所述物质选自由病原体、过敏原和致臭剂组成的组。这些实施方案包含进入通道，其被配置为接收来自环境的进入空气，所述进入空气包含初始水平的所述物质。还有加湿器输入端和混合器部分，所述加湿器输入端被配置为接收来自加湿设备的水蒸气，进入空气和水蒸气在所述混合器部分中混合，所述混合器部分输出具有75％与100％之间的湿度的空气/蒸气混合物。这样的实施方案进一步包含处理腔室，其中空气/蒸气混合物进行光催化氧化处理。所述处理腔室包括多个有源单元面板，其中所述有源单元面板的至少一部分表面涂覆有光催化材料；一个或多个紫外(UV)光源，其散布在多个有源单元面板之间，使得从所述一个或多个UV光源发射的UV光照射在光催化材料上；其中所述一个或多个有源单元、所述一个或多个紫外光源和空气/蒸气混合物的组合适于产生约0.0001与0.0070ppm之间的臭氧、约0.25与0.45ppm之间的过氧化氢；和氧化或分解所述物质以使得所述处理腔室中的物质水平降低的羟基自由基和超离子。在混合器部分和处理腔室的输出端之间还安置有湿度传感器。所述湿度传感器被配置为感测空气/蒸气混合物的湿度水平并提供用于控制加湿设备的反馈湿度信号。另外，所述实施方案包括排出通道，其被配置为允许处理后的空气/蒸气离开处理腔室并被分布到所述环境中，其中残余量的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子继续氧化或分解环境内的空气中或表面上的物质，直到所述残余量的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子解离(disassociate)。

在各种实施方案中，所述有源单元中的至少一个包含从有源单元的第一侧到有源单元的第二侧以横向方式布置的多个孔。所述孔的表面涂覆有光催化材料。

在另外的实施方案中，所述多个孔进一步被配置为当所述空气/蒸气混合物从所述进入通道朝向所述排出通道移动时引导所述空气/蒸气混合物远离或朝向所述UV光源。

在一些实施方案中，靠近进入通道的鼓风机用于将进入空气从实施方案外部的环境推入并进入朝向处理腔室的进入通道。

在各种实施方案中，所述混合器部分包含静态混合器。

在其它实施方案中，所述紫外光源中的一个或多个从所述处理腔室的侧壁延伸并进入有源单元面板之间。

在另外的实施方案中，所述有源单元面板彼此近似平行地安置。

在其它实施方案中，所述加湿设备被配置为向所述加湿器输入端提供水蒸气，使得所述空气/蒸气混合物的湿度保持在预定范围内。

在另外的实施方案中，所述处理腔室内的空气/蒸气的平均速度比排出通道的处理后的空气/蒸气平均速度慢5与100倍之间。

在另外的实施方案中，所述处理腔室进一步包含气塞，所述气塞被配置为允许引入和移出待处理目标物以进行净化。

在其它实施方案中，所述加热器被配置为将进入空气加热到足够高的温度，使得与进入空气混合的水蒸气在所述实施方案内将不会变得饱和或冷凝。

另一个实施方案提供一种降低环境内空气中物质水平的方法，其中所述环境包含封闭或部分开放环境并且其中所述物质水平包含选自由病原体、过敏原和致臭剂组成的污染物组的物质。所述方法包含：将来自环境的空气接收入进入通道；使接收的空气与水蒸气混合以获得75％至100％湿度的空气/蒸气混合物；在处理腔室中处理空气/蒸气混合物，其中处理包含：通过紫外光源将紫外光照射在处理腔室内的光催化表面上和处理腔室内的空气/蒸气混合物上，以产生约0.0001与0.0070ppm之间的臭氧、约0.25与0.45ppm之间的过氧化氢以及氧化或分解所述物质以使得所述处理腔室中的物质水平降低的羟基自由基和超离子。所述示例性方法进一步包含：将处理后的空气/蒸气混合物输出回到所述环境中，使得残余量的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子继续氧化或分解环境内的空气中或表面上的物质，直到所述残余量的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子解离(disassociate)。

在所述方法的另外的实施方案中，所述处理腔室包含多个表面涂覆有光催化材料的有源单元面板。此外，所述有源单元面板从处理腔室侧壁延伸到处理腔室中。

在所述方法的其它实施方案中，所述有源单元面板包含从每个所述有源单元面板的第一侧到第二侧以横向方式布置的多个孔。

在其它方法中，所述紫外光源被安置在两个有源单元面板之间并与其相邻。

在另外的实施方案中，所述方法进一步包含将来自环境的进入空气在混合之前进行加热，使得与来自环境的空气混合的水蒸气不会变得饱和或冷凝。

在其它方法中，输出处理后的空气/混合物进一步包含输出空气、良性污染物、降低水平的物质、小于0.0007ppm的臭氧、小于0.45ppm的过氧化氢、75％与100％之间的湿度、羟基自由基和超离子。

在各种方法中，所述致臭剂选自由烟、发动机排气和挥发性有机化合物组成的组。

应理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。

附图说明

从下面结合附图和所附权利要求对实施方案的描述中，本发明的各种目的、特点、特征和优点将变得明显并且更易于理解，所有这些形成了本说明书的一部分，其中相同的附图标记在各个附图中表示对应的部分，并且其中所描绘的各个元件不必按比例绘制；并且其中：

图1是用于从封闭或半封闭环境中减少病原体、过敏原和致臭剂的装置的实施方案的示意性框图；

图2是用于从封闭或半封闭环境中减少病原体、过敏原和致臭剂的装置的另一个实施方案的示意图；

图3是本发明的实施方案的另一种配置的示意图；

图4是根据本公开内容的实施方案的有源单元的透视图；和

图5是根据本公开内容的实施方案的减少封闭或半封闭环境中的空气污染物的方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述和实施例说明本发明的优选实施方案及其各种变化。本领域技术人员将认识到，有许多被包含在说明书、附图和权利要求书中的其它变化和修改。按需要，在此公开了本发明的详细实施方案；然而，应理解，所公开的实施方案是本发明的实施例，其可以以各种形式来体现。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅作为权利要求的基础和作为用于教导本领域技术人员以实际上任何适当的详细结构不同地采用本发明的代表性基础。此外，本文中使用的术语和短语不旨在限制，而是提供对本发明的可理解的描述。

本发明的实施方案包括一种系统、装置和方法，其在封闭或半封闭环境或室内工人环境内控制和/或降低一种或多种物质或污染物的水平或浓度，所述一种或多种物质或污染物选自由悬浮在环境空气中或蒸发到环境空气中的病原体、过敏原和致臭剂组成的组。实施方案从封闭或半封闭环境接收含污染物的空气，所述封闭或半封闭环境例如是建筑物、房间、运输车辆舱室、封闭运动区域体育馆、更衣室、起居室或洁净室内的环境。含污染物的空气可以由鼓风机通过过滤器拉动或推动，所述过滤器被设计为去除相对大的气载颗粒，如灰尘、皮屑、花粉和其它颗粒，以帮助保护实施方案的内部免受不需要的材料在风扇马达、加热线圈、紫外灯泡或有源单元面板表面上或其它表面上的累积。

过滤后的含污染物的空气的湿度可以由进气空气湿度传感器感测。湿度传感器向控制器提供湿度信号。当湿度低于70％至100％湿度时，控制器向加湿器设备发信号，以将湿气以水蒸气、细小水滴或蒸气的形式添加到过滤后的含污染物的进气空气中。

含污染物的空气和湿气通过静态混合器混合，并允许进入处理腔室。在一些实施方案中，将含污染物的进气空气在与湿气混合之前进行预热。预热有助于确保与含污染物的进气空气混合的水蒸气、液滴或蒸气在进气空气中变成或保持为水蒸气。

然后在处理腔室中处理含污染物的进气空气/蒸气混合物(“空气/蒸气混合物”)，其中空气/蒸气混合物中的污染物物质以有效量的时间暴露于紫外光和包含有效量的臭氧和过氧化氢的氧化气体混合物。所述污染物物质暴露于处理腔室中的氧化气体混合物，以减少目标污染物质。

实施方案方法在处理腔室内产生并使用臭氧与过氧化氢蒸气的混合物。臭氧和过氧化氢蒸气在处理腔室中在预定范围内各自产生，通过(a)在紫外(UV)辐射和涂覆有源单元面板的光催化化合物之间的光催化反应，和(b)在UV辐射、氧分子和水蒸气分子之间，UV辐射、氧分子和水蒸气分子都存在于处理腔室中。已经发现，当处理腔室内的湿度在大约75％与100％之间并且没有湿气饱和或冷凝时，可以产生在各种实施方式中所需的量范围内的过氧化氢蒸气。此方法在处理腔室内产生具有相对高浓度的过氧化氢与相对低(但仍然有效)浓度的臭氧的氧化气体混合物。此外，一些臭氧与水蒸气分子反应产生羟基自由基。此外，一些过氧化氢和臭氧反应，从而产生高氧化性的羟基自由基(.OH)。此外，各种实施方案还产生具有额外电子的O₂的形式的超离子，其也是非常有氧化性的。

在处理腔室内产生的氧化气体混合物具有预定浓度范围的臭氧、过氧化氢蒸气、羟基自由基、高氧化性羟基自由基和超离子。可以向空气/蒸气混合物内的目标污染物或者暴露于氧化气体混合物的物体或表面以有效量的时间施加氧化气体混合物。暴露于氧化气体混合物导致完全或部分净化、控制和/或减少空气/蒸气混合物中的大多数污染物，如气味、细菌、病毒、霉菌和过敏原。与氧化气体混合物合并的处理后的空气/蒸气混合物(此后称为“处理后的空气/气体混合物”)再通过输出通道离开处理腔室进入封闭或半封闭环境，在所述封闭或半封闭环境中，处理后的空气/气体混合物的氧化气体部分可继续处理封闭或半封闭环境内的空气和表面，直到过氧化氢蒸气、臭氧、羟基自由基和超离子分解或变成非氧化性。假定在本发明方法所用的条件下以分钟测量臭氧蒸气的半衰期，并且当存在臭氧时过氧化氢的半衰期非常短，则处理后的空气混合物仍可被释放并用于居住的封闭或半封闭环境如房间或建筑物中，并且显示汽化过氧化氢的浓度低于1.0ppm，其低于目前OSHA工作场所的安全限度。

臭氧在净化方法中具有很长的使用历史。2001年6月，美国联邦食品和药品管理局批准臭氧用于食品防腐。目前，在美国，臭氧也常用于帮助净化大部分水龙头和瓶装水。其还用于在贮藏期间帮助保持水果和蔬菜的新鲜。低功率臭氧发生器已经市售多年以用于家庭使用。然而，这些低功率臭氧发生器单元已被证明是有问题的。更具体地说，这些被认为人在房间内操作安全的现有低功率臭氧发生器单元产生臭氧浓度过低，以致于不能有效地减少来自房间内或表面的空气中的霉菌、病原体和过敏原。相反，被认为在净化霉菌、病原体和过敏原方面有效的更有力的现有技术的臭氧产生单元经常产生对动物或人的长期暴露不安全的臭氧水平。

然而，在本实施方案的方法和装置中产生和使用的臭氧浓度被认为在对动物和人的允许浓度范围内。因此，不像现有方法，在使用本发明的实施方案或方法期间，动物和人不需要保持在处理区域之外。此外，在处理之后，处理后的区域中的臭氧水平可快速降低至外部环境的水平，在所述外部环境中不留下潜在有害水平的残留物质或污染物。

现参考图1，示出了一种用于增强从封闭或半封闭环境减少病原体、过敏原和致臭剂的装置的示意性框图。环境污染处理(“ECT”)装置10可包括各种部件，以帮助清洁和净化封闭或半封闭环境(如房间或可居住室内区域)中的环境空气。ECT装置10的实施方案可以进行颗粒去除、气态污染物去除和污染物破坏，以帮助清洁和净化各种污染物(包括病原体、过敏原和挥发性有机化合物(VOC))的环境空气。ECT装置10的实施方案可以结合到建筑物、房屋、房间或室内区域的HVAC或通风系统中。便携式ECT装置10的实施方案可以被配置为从一个房间被运送到另一个房间，或者在一个房间的特定区域内运行，但是可能不旨在用于整个房屋或建筑物的污染物过滤或净化。

来自室内环境的空气在其进入进气或进入通道时成为进气空气12。进气空气12，本文也称为含污染物的空气或未处理的空气12，可以由鼓风机设备14推入进入通道。鼓风机设备可由控制器16控制，可以根据所感测的进气空气12的进气湿度或温度以可变的立方/英尺/分钟速率移动进气空气12。鼓风机设备可以是任何风扇、鼠笼式鼓风机或其它设备，所述其它设备被配置为从ECT装置外部周围的室内环境中抽取空气并使抽取的空气移动通过ECT装置10的进气通道。

机械空气过滤器或电子空气过滤器形式的颗粒过滤器18可安置在鼓风机设备14之前或之后。颗粒过滤器18在图1中示为安置于进气口之后且鼓风机14前方或之前。机械空气过滤器通过将颗粒捕获在过滤材料如筛网、纺织物或无纺织物、多孔纸或泡沫等中而除去颗粒。电子空气净化器可以属于静电沉淀器的范畴，其采用被称为静电吸引的方法来捕获带电颗粒。静电沉淀器抽吸空气通过电离区段，进气空气内的颗粒在所述电离区段获得电荷。然后带电颗粒积聚在带相反电荷的被称为收集器的平板组上。

在各种实施方案中，进气空气12还穿过加热器区段20，加热器区段20将进气空气加热到使得水蒸气能够添加到空气中的温度，使得水蒸气不会沉淀出来或变得饱和，而是在与加热的进气空气混合时蒸发成水蒸气或保持水蒸气。加热器区段可以由从控制器16接收的温度控制信号或由设置为预定温度的机电恒温器控制。

湿度传感器22和温度传感器24也可以位于ECT装置10的进入通道中。进气湿度传感器22可以是位于加热器区段20之前或之后的比重计。温度传感器24可以安置于加热器区段20之后，来以温度信号的形式向控制器16或恒温器提供反馈。进气湿度传感器可以向控制器16提供进气湿度信号。进气湿度信号提供进气空气12的湿度或含水量的指示。温度传感器24提供温度信号，所述温度信号指示进入通道中的进气的温度或加热后的进气空气的温度(如果加热器区段20在所述实施方案中)。

加湿器设备26产生旨在添加到进气空气中的水蒸气或水滴。加湿器设备26可以由控制器16提供的加湿器控制信号控制。所述加湿器设备可以是任何合理类型的加湿器，其被配置为以足够高的流速发出水蒸气或蒸汽，以将进气空气流加湿到预定的湿度水平。实施方案可以引入使用超声波振动产生冷雾的超声波加湿器、使用旋转盘产生冷雾的叶轮加湿器、使用风扇来吹动例如将进气空气通过湿的芯、过滤器或带的蒸发器型加湿器、或者使用电来将水加热成蒸汽的蒸汽蒸发器。加湿器设备26产生或通过加湿器控制信号由控制器控制以产生足够的水蒸气，以将进气空气的湿度增加到约75％与100％之间的湿度。

水源28向加湿器设备26提供水。在各种实施方案中，水源28是需要由用户再填充的水容器或水箱。在其它实施方案中，水源28可以是与使用ECT装置10的建筑物或房间相关联的水源的连接。为了使在加湿器设备26或在水蒸气与进气空气一起通入的下游中的盐、钙和其它矿物质沉积物的累积最小化，各种实施方案使用纯化的、过滤的、反渗透或蒸馏水，其绝大多数的盐、矿物质和其它非H₂O分子被从水中去除(“纯化水”)。纯化水可以添加极少的添加剂以平衡水的pH，使得其不吸引离子或对各种实施方案内的暴露金属表面具有较小的腐蚀性。

在各种实施方案中，从加湿器设备26输出的水蒸气位于ECT装置的进入通道中，使得当进气空气移动通过进入通道时，水蒸气与进入通道中的进气空气结合。在其它实施方案中，在进入通道内或在进入通道和处理腔室32之间有限定混合区域30，在所述混合区域30中水蒸气和进气混合，以产生含污染物的进气空气与水蒸气的均匀混合物(在下文中称为“空气/蒸气混合物”)33。在一些实施方案中，混合区域30包含静态混合结构，所述静态混合结构使进气空气和水蒸气在其移动通过静态混合结构时进行混合或涡旋，静态混合结构可包含通风口、静态叶片、螺旋结构或其它湍流产生结构。在一些实施方案中，加热设备和静态混合器可进行组合以既加热又混合空气/蒸气混合物。离开混合区域30的空气/蒸气混合物可通过空气/蒸气混合物湿度传感器34。湿度传感器34感测空气/蒸气混合物的湿度是否在75％与100％湿度之间的期望范围或设置内。这里湿度传感器34测量空气/蒸气混合物中的水分的量。湿度传感器34可以是向控制器16提供指示空气/蒸气混合物中的百分比湿度的反馈湿度信号的任何类型的湿度计。控制器16可以使用反馈湿度信号来确定湿度设备的水蒸气输出是否需要调节。或者，湿度传感器34可以是恒湿器的一部分，所述恒湿器更直接地控制加湿器的输出，以将空气/蒸气混合物的湿度保持在75％至100％的规定范围内，该规定范围通常比在人们工作的建筑物或房间中发现的约30％与70％湿度之间的标准湿度百分比高得多。

在各种实施方案中，控制器16接收来自温度传感器24的温度信号。温度信号提供进气空气在与水蒸气混合之前的温度。控制器16还可以接收一个或多个湿度信号。例如来自湿度传感器22的湿度信号中的一个可以提供进气空气的比湿度的指示。另一个湿度信号可以提供空气/蒸气混合物的比湿度的信号或指示。“比湿度”定义为空气/蒸气混合物的水蒸气含量与总空气含量的质量比。控制器16被配置为使用空气温度信号和湿度信号来确定加湿器需要产生多少水蒸气或水蒸气的速率，并将水蒸气与进气空气22混合以提供具有75％与100％湿度之间的预定湿度百分比范围内的湿度的空气/蒸气混合物。

在一些实施方案中，控制器16被配置为根据实施方案是否包含加热器区段20来确定进入进入通道的进气空气和/或由加热器区段20加热后的进气空气的相对湿度。“相对湿度”定义为空气中的水分的量(通过水分质量或蒸气压确定)除以在特定温度下空气中可能存在的最大水分量(通过最大水分质量或饱和蒸气压确定)。在各种实施方案中，当进气空气的温度在与水蒸气混合时不够热以致于不能在不会使进气空气12中的水蒸气饱和并导致水蒸气在混合器30或处理腔室32内冷凝的情况下实现预定比湿度时，可以完成确定相对湿度。

在一些实施方案中，进气空气(加热后或未加热)的相对湿度由控制器16通过使用温度传感器信号和湿度信号来确定。相对湿度可以表示为在进气空气的实际温度下进气空气的蒸气分压与进气空气的饱和蒸气分压的比率。控制器可使用以下等式来确定需要添加到进气空气中以实现75％至约100％的相对湿度的水蒸气量：

其中

p_w＝水蒸气分压(mbar)

p_ws＝在空气的实际温度下的饱和水蒸气分压(mbar)

潮湿空气中水蒸气的最大饱和压随空气蒸气混合物的温度而变化，并且可以表示为：

p_ws＝e^{(77.3450+0.0057T-7235/T)}/T^8.2 (2)

其中

p_ws＝水蒸气饱和压(Pa)

e＝常数2.718.......

T＝潮湿空气的温度(K)

或者，水蒸气饱和压可作为存储设备存储器17中的饱和压数据查找表或作为控制器16的一部分进行存储。表1提供了可用于实施方案中以确定不同温度下的水蒸气饱和压的数据。

1bar＝1000mbar＝10⁵Pa(N/m²)＝0.1N/mm²＝10,197kp/m²＝10.20m H₂O＝0.9869atm＝14.50psi(lb_f/in²)＝10⁶dyn/cm²＝750mmHg

表1

水蒸气分压p_w是水蒸气与其冷凝状态处于热力学平衡时的压力。在较高的压力下，水将从空气中冷凝出来。水蒸气压力是水蒸气与固体或液体水处于平衡时的任何气体混合物中的分压。表2提供了从水的凝固点到沸点的温度范围内所需的水蒸气压力(p_w)数据。蒸气压力数据(p_w)也可以存储在存储器17中以供控制器使用。

表2

因此，在一些实施方案中，进气空气12或空气/蒸气混合物的相对湿度可由控制器通过分别感测进气和/或空气蒸气混合物的温度和湿度来确定。控制器可以使用所计算的感测的相对湿度，以向加湿器设备发信号。

在各种实施方案中，控制器16可以调节鼓风机设备14的鼓风机速度、加热器区段20加热进气空气流的工作功率、和/或加湿器输出水蒸气的速率，以最大化空气/蒸气混合物的比湿度或相对湿度，而不使水蒸气饱和以使其在ECT装置10的内表面上冷凝。在各种实施方案中，空气/蒸气混合物的比湿度或相对湿度被设置为保持在约75％至100％之间的预定设置。换句话说，控制器16与温度和湿度传感器一起被配置和/或电连接以控制鼓风机设备、加热器设备和加湿器中的一个或多个，使得所得到的空气/蒸气混合物的比湿度或相对湿度在预定范围内或保持在预定设置。

空气/蒸气混合物继续进入处理腔室32。处理腔室32在其内部具有相对敞开的腔室或区域，与通过进入通道的移动相比，所述相对敞开的腔室或区域允许空气/蒸气混合物的移动速度减慢。处理腔室32可以是装置10的壳内的区域或特定的腔室区域。处理腔室32被配置成对空气/蒸气混合物进行光催化氧化过程。在处理腔室内有多个光催化表面36。光催化表面36可以在反应室的内壁上和/或是一个或多个有源面板38的一部分。可以用一种或多种光催化材料如二氧化钛或其它已知的光催化化合物均匀地或选择性地涂覆或处理光催化表面36。

在处理腔室32内还有UV光源40，其被配置成发射预定频率范围内的UV光。从UV光源40发射的UV光或辐射被引导以照射在光催化表面36上，光催化表面36反过来由UV光激发并通过进行光催化氧化过程而运行，光催化氧化过程通过将过敏原和有毒化合物以及其它污染物经由氧化转化为良性成分来辅助净化处理腔室32内的空气/蒸气混合物。在各种实施方案中，光催化表面36可以涂覆有合适的溶胶-凝胶或亲水性光催化涂层，所述涂层具有添加到涂层中的纳米或非纳米二氧化钛以及若干过渡元素，以增强或帮助优化整体催化效果。

在各种实施方案中，UV辐射反射表面44也被引入到处理腔室32中，以帮助反射从UV源40发射的UV辐射42，并将其导向一个或多个有源面板38的光催化表面36或处理腔室32内的其它光催化涂覆表面。UV反射表面44通过将杂散或反射UV辐射导回到光催化表面而有助于增强或最大化处理腔室32内的光催化氧化过程。反射表面44可以被配置为通过磨光，用反射材料涂覆，或由如铝、不锈钢或某些类型的塑料/聚合物或其它被配置为反射UV辐射或光的材料制成，来反射UV辐射。

穿过空气/蒸气混合物和照射到光催化表面36上的UV辐射42的组合产生氧化分子，所述氧化分子包括臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子。这些氧化分子的组合处理空气/水蒸气，从而氧化其中所含的大部分污染物，使它们变得良性。

已经确定，将空气/蒸气混合物的湿度或相对湿度设定在约75％与100％之间的湿度(或相对湿度)显著有助于提高产生臭氧和过氧化氢的效率，所述臭氧和过氧化氢由紫外光辐射与光催化表面和空气的反应以及进一步与臭氧与水蒸气产生过氧化氢的反应产生。发明人目前不清楚水蒸气到底如何帮助提高这些反应的效率，发明人部分不清楚处理腔室32内具有额外的水分子(即高湿度)是否有帮助和/或水分子是否通过充当空气/蒸气混合物内的单个分子上的UV辐射的一些类型的透镜、电子供体或放大器来进一步催化整个反应以增强反应过程。无论如何，发明人确定，在处理腔室内，当湿度在75％与100％之间时，臭氧水平可保持在0.001ppm与约0.007ppm之间。此外，也可以保持在0.25ppm与0.45ppm之间的过氧化氢(H₂O₂)水平。另外，还产生了大量的羟基自由基和超离子(具有额外电子的O₂)。臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子都以能够氧化空气/蒸气混合物内的各种污染物从而使它们变得良性的水平保持在处理腔室内。羟基自由基的产量虽然很小，但似乎与存在的湿气百分比密切相关。另外，已经确定湿度或相对湿度越接近100％，越容易将过氧化氢水平保持在接近0.45ppm，并且存在的羟基自由基和超离子的量越大。

然后，处理后的空气/蒸气混合物从处理腔室32排出或输出。在各种实施方案中，鼓风机可以用于帮助将处理后的空气/蒸气混合物移出处理腔室并移出环境防护处理装置10。

在一些实施方案中，处理后的空气/蒸气混合物被排出或输出回到抽取进气空气12的环境中。处理后的空气/蒸气混合物在从装置10排出后将以一段时间继续具有氧化和污染物清洁特性。这样，排出的处理后的空气/蒸气混合物将包含空气、良性污染物、残留污染物、0.001ppm与约0.007ppm之间水平的臭氧、约0.005ppm与0.45ppm之间水平的过氧化氢、75％至100％湿度、羟基自由基和超离子。从该实施方案中的装置排出的处理后的空气/蒸气混合物进一步中和来自装置10外部的气氛的各种污染物，并且以各种配置使处理后的空气/蒸气混合物所接触的表面上的各种污染物自然化(naturalize)。

在各种实施方案中，在排出的处理后的空气/蒸气混合物中的臭氧浓度通常大于或等于0ppm，但小于0.0060ppm与0.0070ppm之间。当臭氧浓度下降到刚好低于约0.0070ppm时，来自处理腔室的废气或排出物对装置10外部环境中的人或动物的刺激较小，但仍能有效地中和污染物。

每ppm，羟基自由基明显比臭氧分子明显更具氧化性。在处理腔室32内的臭氧和水分子之间的反应中产生羟基自由基。

由臭氧和加湿空气形成于处理后的空气/蒸气混合物中的羟基自由基的量与其中形成的过氧化氢的量相比可以相对较小。所形成的羟基自由基的量高度依赖于处理腔室中存在的湿气量。湿度(或相对湿度)越接近100％，羟基自由基的产生就越多。另外，所产生的过氧化氢相对于引入到发生反应的处理腔室中的空气/蒸气混合物的量的比率越大，导致其中形成的羟基自由基的数量增加或最大化。此外，在处理腔室中产生的一些过氧化氢将与产生的臭氧反应，从而将臭氧和过氧化氢分子转化为更高氧化性的羟基自由基(.OH)。

所得的处理后的空气/蒸气混合物提供至少三种中和目标污染物(即目标病原体、过敏原和/或致臭剂(VOC))的方法。中和目标污染物的第一种方法是通过由臭氧直接氧化污染物；中和目标污染物的第二种方法是通过由过氧化氢氧化；第三种是通过由氢自由基氧化；并且第四种通过超离子氧化。另外，污染物被由UV辐射源发射的UV辐射直接中和。

根据各种实施方案，在处理腔室32内产生的过氧化氢的浓度在大约0.25ppm与0.45ppm之间。过氧化氢的浓度越高，污染物在空气/蒸气混合物内或者当处理后的空气/蒸气混合物被排出或输出到ECT设备10周围的环境中时被氧化并变得良性的能力就越强。

已经发现，当羟基自由基与臭氧的比例保持尽可能高时，空气/蒸气混合物中污染物的净化最大。因此，实施方案被配置为产生或提供约3:1与4:1之间的过氧化氢与臭氧的比率。即通过提供或产生在3:1至4:1的范围内的过氧化氢与臭氧的比率，也将使由于过氧化氢和臭氧的反应而在处理腔室内产生的羟基自由基与臭氧的比率最大化。因此，高湿度对于使过氧化氢相对于臭氧的产生最大化的重要性是明显的。

本发明的方法可以用于控制或减少多种病原体、过敏原和/或致臭剂的水平，所述病原体、过敏原和/或致臭剂在周围空气环境中并且被推入ECT装置10的进气，然后用在处理腔室32内或者当处理后的空气/蒸气混合物(其最初包括规定量或比率的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子)被排出或输出回周围空气环境中时产生的各种氧化分子进行处理。处理腔室气氛以及从ECT装置10排出的处理后的空气/蒸气混合物二者通过与目标病原体、过敏原和/或致臭剂接触而主动氧化和中和污染物，以控制或降低其水平。

实施方案的各种变型可以用于简单地通过将ECT装置10或排出的处理空气/蒸气混合物引入到正在处理的环境中来控制或降低限定空间中的病原体、过敏原和/或致臭剂的水平，所述限定空间例如为房间、房子、更衣室、制造区域、建筑物、货舱、医疗程序室、实验室、运输车辆、仓库/存储区域等。

各种实施方案可以被配置成通过将输出或排出的处理后的空气/蒸气混合物的料流导向和/或导到目标物表面上来控制或降低目标物的一个或多个表面上的污染物的水平，所述污染物包括大多数病原体、过敏原和/或致臭剂。此外，在目标物小于处理腔室32的内部或者可以装配在处理腔室32的内部之内的情况下，可以将这样的目标物在处理腔室内放置并进行处理。或者，如果目标物太大而不能放置在实施方案的处理腔室内，则目标物可放置在盒子或密封室内的封闭空间中，其中引入来自处理腔室32的处理后的空气/蒸气混合物。

实施方案可以进一步用于降低本文讨论的物质的水平，包括各种病原体、过敏原和挥发性有机化合物(VOC)(即致臭剂)。

可以通过各种实施方案控制、中和、杀死或使其良性的病原体包括但不限于下列：炭疽芽孢杆菌(炭疽病)；肉毒梭状芽孢杆菌(肉毒中毒)；布鲁氏菌属(布鲁氏菌病)；鼻疽伯克霍尔德氏菌(鼻疽病)；类鼻疽伯克霍尔德氏菌(类鼻疽病)；鹦鹉热衣原体(鹦鹉热)；贝氏考克斯菌(Q热)；微细隐孢球虫；大肠杆菌菌株，包括O157:H7；新发感染性疾病，如尼帕病毒和汉坦病毒；诺瓦克病毒；严重急性呼吸综合征(SARS)；获得性免疫缺陷综合征(AIDS)病毒；人免疫缺陷病毒(HIV)；土拉热弗朗西丝氏菌(兔热病)；普氏立克次氏体(斑疹伤寒)；沙门氏菌(沙门氏菌病)；伤寒沙门菌(伤寒热)；志贺氏菌(志贺氏菌病)；葡萄球菌肠毒素B；重型天花(天花)；霍乱弧菌(霍乱)；病毒性脑炎(包含委内瑞拉马脑炎、东方马脑炎、西方马脑炎)；出血热病毒(丝状病毒[例如埃博拉病毒、马尔堡病毒]和沙粒病毒[例如拉沙病毒、马丘波病毒])；和鼠疫耶尔森氏菌(鼠疫)。

可以控制、中和、杀死或使其良性的其它病原体包括霉菌，如枝顶孢属；链格孢属；烟曲霉；黑曲霉；曲霉属变种1；曲霉属变种2；短梗霉属；平脐蠕孢属，毛壳属；枝孢霉属，弯孢霉属；附球菌属；镰孢属；地丝菌属；黑乌霉属；毛霉属；无孢目；黑孢霉属；拟青霉霉；青霉菌属变种1；青霉菌属变种2；鼓抱瘤座霉属；根霉属；孢子丝菌属；侧孢霉属；葡萄穗霉属；星珠共头霉；木霉属；和酵母。

可通过装置或方法实施方案处理或中和的室内过敏原包括尘螨粪便、皮屑、啮齿动物尿和蟑螂过敏原。

尘螨粪便是家庭灰尘过敏反应的主要来源。螨生长在脱落的人皮肤上，并且最常见于皮肤细胞丰富的卧室中。预防措施包括在热水中频繁洗涤床用织物和将地毯从房间中移除。在一些极端情况下，房主甚至被迫将床褥、弹簧床垫和枕头包裹在乙烯塑料罩中。另外，本文所述的实施方案还可以通过氧化和中和尘螨粪便对人的过敏作用来帮助处理和中和作为过敏原的尘螨粪便。

其它动物来源的过敏原包括从人和动物脱落的皮肤鳞屑，或者称为皮屑。来自诸如猫、狗、马和牛的动物的皮屑可寄生在家里，即使所述动物从未到过里面。

来自小鼠、大鼠和豚鼠的啮齿动物尿是另一组过敏原。

蟑螂衍生的过敏原来自昆虫废皮，昆虫废皮随着时间而分解，变成气载的并被吸入。

此外，烟草烟雾、发动机排气、烹调或腐烂的食物气味和类似的致臭剂也可以通过本文描述的ECT装置和方法的各种实施方案来处理、减少或控制。

还发现，致臭剂，如来自家用产品等来源的挥发性有机化合物(VOC)，所述家用产品包括油漆、地毯、脱漆剂和其它溶剂；木材防腐剂；气溶胶喷雾剂；清洁剂和消毒剂；防蛀剂和空气清新剂；储存燃料和汽车产品；爱好用品；干洗衣服等，可通过各种实施方案和方法来处理、减少或控制。VOC包括有机溶剂、某些油漆添加剂、气溶胶喷罐推进剂、燃料(如汽油和煤油)、石油馏出物、干洗产品和许多其它工业和消费产品，范围从办公用品到建筑材料。VOC也由许多植物和树木自然排放。一些更常见的VOC包括氨、乙酸乙酯、甲基丙基酮、醋酸、乙醇、亚甲基氯、丙酮、乙基氯、正丙基氯、乙炔、乙基氰、硝基乙烷、戊醇、甲酸乙酯、硝基甲烷、苯、丙酸乙酯、戊胺、丁烷、乙烯、戊烯、丁醇、环氧乙烷、丙烷、甲酸丁酯、甲醛、丙醛、丁胺、蚁酸、丙醇、丁烯、庚烷、异丙基氯、四氯化碳、己烷、丙基氰、氯苯、异丁烷、甲酸丙酯、一氧化碳、己醇、丙胺、氯代环己烷、氢气、丙烯、氯仿、硫化氢、叔丁醇、环己烷、乙酸异丙酯、四氯乙烯、环己烯、甲烷、甲苯、1-二氯乙烷、甲醇、1,1,2-三氯乙烷、1,2-二氯乙烷、甲基氯、三氯乙烯、二乙基酮、甲基氯仿、三乙胺、二乙胺、甲基氰、二甲苯、乙烷和甲基乙基酮。

其它可以由本发明的各种实施方案减少或控制的致臭剂包括臭鼬气味、尿、宠物气味、胀气、体味、食物气味、霉菌和霉的气味、分解材料气味等。

实施方案可以设计成具有替代的配置，以在足以提供有效氧化浓度的臭氧和过氧化氢的条件下，使要控制或减少的特定污染物更好地经受处理后的空气/蒸气混合物。然后，处理的持续时间可以根据需要设定或调节，以确保令人满意的污染物的杀灭和/或中和水平。

如上所述，处理腔室内或处理腔室附近的任何内部或容纳的空间都可以用本发明的各种实施方案的方法进行处理。例如，单个家庭住宅、公寓大楼、办公建筑、学校、医院、医生办公室、实验室、餐厅、轮船或小船、火车、公共汽车、飞机、卡车、货物区、更衣室、盥洗室、淋浴室、厨房或屠宰场等的内部部分或整个内侧都非常适合于通过ECT装置进行处理。

本发明的各种实施方案也可以用于减少或控制制品表面上的污染物。可以处理的制品包括在与所采用的实施方案相关的湿度和温度条件下可以耐受暴露于有效浓度的臭氧和过氧化氢的材料，而制品不会遭受不可接受的损害。可以处理的一些制品的实例可以包括衣服和外衣、鞋、寝具、亚麻织物和地毯；邮件、文档、纸制品；家具；食品类，农业产品如种子、谷物、切花、农产品、果蔬和活植物、由塑料、聚合物、金属、木材、玻璃、丙烯酸、石头和包装材料制成的制品；等等。

图2描述了环境污染处理(ECT)装置的另一个实施方案，所述装置可以包括门或气塞102，以允许将制品放置在处理腔室104内进行处理，该处理腔室104被适当地构造以保持所需浓度的臭氧、过氧化氢、羟基自由基、超离子、湿度和温度。待处理的物品通过气塞102放置在处理腔室104内并在净化平台106上。在一些实施方案中，制品108可以悬挂在腔室内(未具体示出)，使得最大量的物品表面区域可以经受处理腔室100内的处理后的空气/蒸气混合物110。

在另一个实施方案中，自动化的净化处理过程被实施为：待处理的物品例如经由移动平台或输送机106移动通过气塞或开口102并进入处理腔室104以由处理后的空气/蒸气混合物110处理合适的时间段，然后通过排出通道移出腔室。这样的自动化过程可以特别好地适用于以连续方式对多个物品如多个医疗器械进行净化，或者对动物尸体或肉类产品(例如牛肉、猪肉、家禽、海鲜等)进行净化，以除去病原体(如沙门氏菌和大肠杆菌)。输送机106可以被配置成使得处理后的空气/蒸气混合物110可以在其上接触制品108的下侧。

在各种实施方案中，水蒸气的温度可大大升高。加热元件114可以被包括在处理腔室104中，使得在相同温度或大约相同温度下，与普通蒸气消毒技术相比，制品被更快地净化、消毒和灭菌。在这样的实施方案中，蒸气和空气/蒸气混合物的温度保持在约121℃(250°F)和约132℃(270°F)之间。

仍然参照图2，进气空气116进入ECT装置100的进口118。鼓风机120迫使进气空气116通过任选的加热区段122并朝向处理腔室104。加热区段122将进气空气加热到足够高的温度，使得当水蒸气122被添加到进气空气116中时，所得到的空气/蒸气混合物126将不会被水饱和和/或水分子将不会在处理腔室104内冷凝。

通过加湿器设备128产生蒸汽或雾化水雾形式的水蒸气124。加湿器设备128可被配置成以足够高的速率发出水蒸气、微水滴或蒸汽，以将进气空气流116加湿到预定的湿度水平。加湿器设备128可以是超声波加湿器、叶轮加湿器、蒸发器型加湿器、或蒸汽汽化器或其他合理的加湿器设备。加湿的速率可以由控制器、恒湿器(未具体示出)手动控制。水源130向加湿器设备128提供水。在各种实施方案中，水源130可以包括水纯化系统，以向加湿器设备128提供纯化水或蒸馏水，从而减轻ECT装置100内的矿物水垢的累积。进气空气116在与水蒸气124结合时在本文中被称为空气/蒸气混合物126。

空气/蒸气混合物126继续向处理腔室104行进，并沿着该路径被静态混合器132混合或搅拌。静态混合器帮助水滴蒸发成水蒸气以及帮助水蒸气与进气空气均匀混合，使得当其进入处理腔室104时成为均匀的空气/蒸气混合物126。

在处理腔室104内有至少一个紫外(UV)辐射源134，其被设置成使得由UV辐射源134产生的UV辐射136照射在一个或多个有源面板或有源单元面板138的表面或多个表面。UV辐射源134可以包含一个或多个UV发光灯泡或LED。如果使用发射UV辐射的LED，则可以有其上定位有一个或多个阵列LED的面板。在图2中，示出了3个不同的有源单元面板138a、138b和138c的实施方案的横截面，并且将其总体称为138。通常，有源单元面板138包括多个表面。有源单元面板138还包含从每个有源单元面板138的第一侧延伸到第二侧的多个贯通结构或孔140。有源单元面板138的表面，包括孔140的表面，用一种或多种光催化材料均匀地或选择性地涂覆或处理，一种或多种光催化材料例如二氧化钛和其它类似地对光催化或光催化过程进行辅助的物质或化合物。有源单元面板138的光催化涂覆表面在UV辐射或从UV辐射源134发射的光的直接和反射照射时被激活(energized)。在各种实施方案中，光催化材料可以是包含亲水性光催化材料的化合物，所述亲水性光催化材料具有纳米或非纳米二氧化钛和添加到其中的若干过渡元素，以在存在紫外辐射136和空气/蒸气混合物126时增强或帮助优化总的光催化效果。从有源单元面板138的一侧延伸到另一侧的孔140提供两个有利的功能。第一，所述孔提供额外的光催化涂覆的表面区域，用于UV辐射136照射在其上，并且第二，所述孔使得空气/蒸气混合物126能够在处理腔室104内通过在空气/蒸气混合物移动通过处理腔室时穿过一个或多个孔而被处理，从而向流中增加湍流并强化有源单元涂层与UV辐射和空气/蒸气混合物的催化氧化过程，以产生臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子。

尽管这将在下面更详细地解释，但是有源单元面板138a、138b和138c之间的差异与孔140延伸通过每个有源单元面板138的角度有关。例如，在有源单元面板138a中，孔140垂直于有源单元面板138a的第一和第二表面延伸穿过有源单元面板。或者，有源单元面板138b具有彼此平行延伸并且相对于有源单元面板138b的第一和第二侧成一定角度的孔140。另外，有源单元面板138c具有从有源单元面板138c的第一侧延伸到第二侧的孔140，并且对于一些孔来说，角度可以不同于其它孔。通过实验发现，出乎意料地，有源单元面板138b和138c的成角度的孔产生更有效的光催化反应，这可能至少部分地是由于增加了UV辐射136对光催化涂覆表面的直接照射(而不是反射的UV辐射)，这最终比有源单元面板138a的垂直孔快2至8倍地减少或消除某些病原体、过敏原和致臭剂。

在处理腔室104的此实施方案中，有源单元面板通常与空气/蒸气混合物126和处理后的空气/蒸气混合物110的总体流动成直线或平行。应理解，在其它实施方案中，可将有源单元面板的长度引导成相对于处理后的或未处理的空气/蒸气混合物的总体流动垂直或成角度，从而向穿过光催化表面的空气/蒸气混合物流提供额外的混合、湍流和搅动，且增加臭氧和过氧化氢的产生，还使得与空气/蒸气混合物126内的污染物的氧化反应的速率最大化。

另外，在处理腔室104内，可以有附加的静态混合器元件142，以在空气/蒸气混合物126通过与UV辐射的相互作用和与有源单元面板138的光催化相互作用而被转化成处理后的空气/蒸气混合物110时，向空气/蒸气混合物126提供附加的流动搅动。处理后的空气/蒸气混合物110包含空气、浓度为0.001ppm至约0.007ppm的臭氧、浓度为约0.25ppm至约0.45ppm的过氧化氢、约75％至100％的湿气、羟基自由基、超离子(具有额外电子的O₂)、良性污染物和一些未被氧化的污染反刍动物。

如果制品108位于在例如净化平台或输送机106上的处理腔室104内，则处理后的空气/蒸气混合物110可用于控制或减少制品108表面上的污染物的量(在某些情况下完全净化)。然后，在与制品108表面上的污染物相互作用之后，处理后的空气/蒸气混合物110经由出口通道112离开处理腔室104。

通过出口通道112离开处理腔室104的处理后的空气/蒸气混合物110可以被导入房间或环境中，以进一步降低或控制空气中或环境中的物体表面上的病原体、过敏原和/或致臭剂的水平。

在其它实施方案中，ECT装置可用于在封闭或部分封闭的环境如房间或其它区域中周期性地破坏、杀死、氧化污染物或使其变得良性，所述其它区域包含但不限于医院中的手术室、诊所中的治疗或等候室、厨房或餐厅、肉类加工厂的肉类加工区等。在这样的实施方案中，通常优选在邻近待处理区域的位置永久性地安装装备。

通常，当紫外辐射照射到有源单元面板138的氧化钛基涂层上时，实现光催化氧化(PCO)。此过程产生羟基自由基和超氧化物离子，它们是高反应性电子。这些高反应性电子与空气中的污染物如病原体、过敏原和VOC积极地结合。一旦结合在一起，在超带电离子和污染物之间发生化学反应，从而有效地氧化或燃烧污染物。此过程将污染物分解成无害的二氧化碳和水分子(和一些其它分子)，使得所得到的处理后的空气更加净化。另外，当空气/蒸气混合物暴露于穿过催化剂的UV辐射(或光子)时，产生光催化氧化，所述催化剂包含特定纳米尺寸的无机化合物(如氧化钛)。在催化剂暴露于UV辐射之后，产生并释放三种特定的自由基，其破坏如本文所述的污染物。在所述过程期间，过氧化氢、羟基自由基和氢氧化物将自身附着到特定的生物体并杀死它们。

在替代实施方案中，用于产生臭氧的其它合适技术(如放电臭氧发生器(未具体示出))也可引入到处理腔室104中。任何合适的方法或装置或其组合可用于产生本发明方法中使用的臭氧和过氧化氢，只要保持推荐浓度。

虽然存在通过紫外线或电晕放电产生臭氧和过氧化氢的市售设备，但是这些市售设备必须进行显著的改进，以在具有非常高的湿度的环境中操作和/或能够产生在本发明的各种实施方案中产生的必要量的过氧化氢。已知的臭氧和过氧化氢产生设备的说明性实例包括但不限于美国专利号6,955,751、美国专利公开号2007/0245938和美国专利公开号2009/041617中公开的设备。即，即使这些现有技术设备通过臭氧和水蒸气的反应产生过氧化氢，其中可用的水蒸气的水平(即相对湿度)也不足以实现本文所述的各种实施方案的结果。

根据本发明的方法，其中产生过氧化氢的空气/蒸气混合物的湿度(或在不包括进气空气加热设备的一些实施方案中，相对湿度)必须为至少约70％。已经发现，当湿度尽可能高时，即在75％与99％之间和/或尽可能接近99％的湿度时，在ECT装置内没有水蒸气冷凝的情况下，生产所需的0.25ppm至0.45ppm过氧化氢的效率大大提高。

现在参考图3，示出了ECT装置200的另一个实施例。通过鼓风机设备206将进气空气202吸入ECT装置200的进口通道204。一些实施方案还可包括加热设备208，其将进气空气加热到使得添加到进气空气202的水蒸气214在混合和组合成空气/蒸气混合物210时将保持为蒸气的温度。静态混合器212可放置在进口通道204内，以将水蒸气214在进入处理腔室216时与进气空气202混合。

水蒸气214可以作为细小液滴、雾、蒸汽或作为来自加湿器设备218的蒸发的水蒸气提供。加湿器设备218接收来自水源220的水。所接收的水可以是纯化水或蒸馏水，以使在各种实施方案内的钙、盐或其它矿物质沉积物随时间的积累最小化。

空气/蒸气混合物210进入处理腔室216。处理腔室216的垂直于总空气/蒸气混合物流的横截面积比垂直于进口通道204的总进气空气流的横截面积大2至30倍。如此，空气/蒸气混合物210在处理腔室中的流速明显慢于进口通道中的进气空气流。较慢的流速有助于增加或最大化空气/蒸气混合物210以及污染物的处理过程。

在一些实施方案的处理腔室216内是可移除模块化插件220。通过使更换或清洁有源单元面板或UV辐射源以及进入处理腔室内部变得方便和劳动强度更小，可移除模块化插件220简化了所述实施方案的维护和修理。可移除模块化插件具有插口或位置222，其中也可以可移除地附接有源单元面板224。在图3所示的实施方案中，有效定位有源单元面板224，使得它们的长度L在空气/蒸气混合物210移动通过处理腔室216的内部时大致垂直于空气/蒸气混合物210的流。有源单元面板224包含单元孔226的阵列，单元孔226从第一侧横向地延伸到第二侧通过有源单元面板224。单元孔226和有源单元面板224的定位允许空气/蒸气混合物210在其在处理腔室216内被处理时流过单元孔并在多个单元孔表面流动。包括孔226(其横向延伸通过每个有源单元面板)的表面的有源单元面板224用一种或多种光催化材料(例如本文也讨论的二氧化钛和/或类似化合物)均匀地或选择性地进行涂覆或处理。光催化材料，也称为光催化氧化材料，在接收紫外(UV)辐射时被激活，从而运行以支持光催化氧化过程，所述光催化氧化过程有助于处理腔室216内的空气/蒸气混合物210的净化。

可移除模块化插件220可以以多种方式配置，例如，其可以插入和/或可移除地附接到处理腔室216的外壁，使得多个有源单元面板224定位在处理腔室216的内部。在一些实施方案中，模块化插件还可包括或限于仅具有电插座或连接器222，使得紫外(UV)辐射源228如紫外灯或紫外LED阵列定位在有源单元面板224对之间。每个UV辐射源228被配置成向相邻有源单元面板224的表面发射UV辐射。UV辐射本身通过紫外线杀菌照射(UVGI)杀死或破坏生物污染物。另外，UV辐射激活光催化氧化涂层或有源单元面板224的表面。UV激活的光催化涂层与空气/蒸气混合物中的氧分子相互作用，产生臭氧，臭氧又与空气/蒸气混合物中的水分子相互作用，产生过氧化氢、氧化羟基自由基(.OH)和超离子(具有额外电子的O₂)(以下称为“氧化分子”)。氧化分子与空气/蒸气混合物中的气载污染物相互作用，以化学地氧化它们或“燃烧它们”，以中和它们或使它们变得良性。

空气/蒸气混合物210在移动或流动通过处理腔室216时变成处理后的空气/蒸气混合物230。处理后的空气/蒸气混合物230包含空气、减少或控制量的污染物、良性污染物、0.001ppm至0.007ppm的量的臭氧、约0.25ppm至0.45ppm的量的过氧化氢、羟基自由基、超离子和在约75％至100％范围内的湿气。另外，处理后的空气/蒸气混合物230的温度可以比进气空气202的温度高。处理后的空气/蒸气混合物230经由输出通道232离开处理腔室216。在各种实施方案中，输出通道232具有垂直于总的处理后的空气/蒸气混合物流动方向的横截面积，所述横截面积是垂直于总流动方向的处理腔室216的横截面积的1/2至1/30。

在各种实施方案中，有源单元面板可以具有各种配置。例如，它们可以具有波纹状或扇状折叠的横截面，以增加来自UV源的UV辐射照射的表面积。另外，所述面板可以由编织、编结、网孔、筛网或分层的波纹结构制成，每个结构可以包括或不包括涂覆有光催化材料并具有穿过其中的孔的结构。在其它实施方案中，有源单元面板的表面可以覆盖有随机间隔的或阵列的金字塔形、锥形或其它锥形多面体状，以使面向UV辐射源的可由UV辐射照射的涂覆表面积最大化。

图4是可以引入到各种实施方案中的有源单元面板300的透视图和实施例。有源单元面板300具有长度L、宽度W和厚度T。孔302可以布置成多行且一定程度上的蜂窝状结构，所述一定程度上的蜂窝状结构建立孔阵列或管状结构。每个孔302可以以横向和/或对角线的方式从正面到背面延伸跨过或穿过有源单元面板300的厚度T。作为实施例，每个孔302可以相对于有源单元面板300的前表面或后表面以约45°(加或减20°)横向延伸。这也在图2的元件138b和138c以及图3的元件224和224'中示出，其中以横截面示出了有源单元面板的实施例。通过提供横向和对角地延伸通过有源单元面板的厚度的孔302，具有光催化氧化涂层的更多表面积暴露于从一个或多个UV辐射源发出和/或从处理腔室内的反射表面反射的UV辐射。暴露于UV辐射的光催化涂覆的表面积越大，光催化氧化过程越有效，并且产生的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子的量越大。随着产生更多的氧化分子，可以实现ECT装置的更有效的实施方案。

现在参考图5，提供了根据本发明的各种实施方案的控制或减少污染物的方法。在步骤400中，在封闭或半封闭环境内，经由进气通道从环境中抽取其中具有气载污染物的空气，并将其吹入ECT装置的实施方案中。含污染物的进气空气可能含有各种污染物，包括病原体、过敏原和/或致臭剂，如VOC，其量是对环境中的人或动物是不希望的或被认为是刺激性或危险的。在一些方法中，在步骤402，机械或电子空气过滤器可以用于在进气空气进入ECT装置的进气通道时过滤进气空气中大于预定尺寸的颗粒。在步骤404，风扇或鼓风机设备可以用于帮助从ECT装置外部的环境中抽取载有污染物的空气，并将载有污染物的空气作为进气空气推入ECT装置实施方案的工作中。

在一些实施方案中，在步骤405中，通过加热设备加热进气空气。在步骤406，加热后的空气由空气温度感应设备感测，所述空气温度感应设备向微控制器提供输入温度信号和/或温度反馈，使得在步骤405可调节加热设备。实施方案可将进气空气加热到使得进气空气可保持水分子的水蒸气而不会变得饱和的温度。各种实施方案利用加热设备将进气空气加热到使得进气空气能够保持75％至100％之间的湿度而不会使水分子在进气空气中饱和并在ECT装置的实施方案中冷凝的温度。

在一些实施方案中，在步骤407，由控制器控制的加湿器以一定速率产生水蒸气或细小水滴，当将其添加到加热后的进气空气中时，将使进气空气的湿度增加到75％和100％之间的湿度。

或者，在没有引入在步骤405加热进气空气的加热设备的实施方案中，则在步骤406，进气空气的温度由温度感应设备感测，温度感应设备向控制器提供温度信号。控制器利用温度信号以及可能的压力信号来确定可以添加到进气空气中的水蒸气量，以将相对湿度增加到75％和100％之间。

在步骤408，来自加湿器的水蒸气或水雾/水滴被添加到进气空气中，从而产生进气空气/蒸气混合物。该空气/蒸气混合物可以在步骤410通过静态混合设备在进气通道内混合，以使空气/蒸气混合物更均匀和/或帮助水滴蒸发成水蒸气。在步骤412，空气/蒸气混合物的湿度可由湿度感应设备感测，所述湿度感应设备将表示感测湿度的湿度信号作为反馈提供回控制器。结果，控制器可以调节水蒸气添加到进气空气中的速率，使得空气/蒸气混合物的湿度或相对湿度接近在75％和100％湿度或相对湿度之间的预定值。

在步骤416，空气/蒸气混合物在处理腔室内进行UV辐射和光催化氧化。紫外(UV)辐射源发射UV辐射穿过空气/蒸气混合物并到达发生光催化氧化过程的有源单元面板表面上。照射穿过空气/蒸气混合物并照射到有源单元面板上的光催化表面上的UV辐射与处理腔室内的高湿度水平的组合产生了大量的各种氧化分子，包括臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子。氧化分子与空气/蒸气混合物内的污染物相互作用。在处理腔室内，还可以有反射表面和/或附加的静态混合元件，如翼片(flap)或鳍片(fin)。反射表面成一定角度，以将来自例如处理腔室侧面的UV辐射反射回通过空气/蒸气混合物并朝向有源单元面板，以帮助最大化氧化过程。静态混合元件可帮助将空气/蒸气混合物在其移动通过处理腔室时进行进一步搅拌或混合，以帮助使空气/蒸气混合物的分子与由UV辐射、水蒸气和有源单元面板的光催化表面之间的光催化氧化反应产生的氧化分子的相互作用最大化。

在步骤418，氧化分子和空气/蒸气混合物中的许多污染物之间的氧化反应减少、控制、杀死处理腔室内的污染物并使其变得良性，从而处理空气/蒸气混合物。在步骤420，处理后的空气/蒸气混合物通过输出通道离开处理腔室。在各种实施方案中，输出通道可包括输出风扇或鼓风机设备，以帮助迫使处理后的空气/蒸气混合物进入到进气空气可能源自的封闭或半封闭环境中。在被输出的时刻，处理后的空气/蒸气混合物包含空气、良性污染物、浓度在约0.001与0.007ppm之间的臭氧、浓度在约0.25与0.45ppm之间的过氧化氢、羟基自由基、超离子，并且具有在约75％与100％之间的湿度或相对湿度。

在处理后的空气/蒸气混合物从输出通道输出之后，其可能含有残余量的氧化剂，所述残余量的氧化剂可能进一步氧化处理后的空气/蒸气混合物内的污染物、封闭或半封闭环境内的气载污染物和/或封闭或半封闭环境内的表面上的污染物。

上述描述和实施例仅是说明性的，而不旨在限制由所附权利要求限定的本发明的范围。对于本领域技术人员来说将是显而易见的，在不背离本发明的新颖性和有用性的情况下，可以对本发明的实施方案进行各种修改和变更。因此，本说明书旨在覆盖本发明的多种修改和变更，只要它们在所附权利要求及其等同方案的范围内。

受益于本公开内容的本领域技术人员应进一步了解，用于增强病原体、过敏原和致臭剂的减少的此方法和装置提供了用于减少和/或帮助预防感染以及控制和/或减少在封闭或半封闭环境内气载或者在封闭或半封闭环境内的物体的表面上的一种或多种病原体、过敏原和/或致臭剂的水平的方法和装置。应当理解，本文的附图和详细描述应被认为是说明性的而非限制性的，并且不是按比例绘制或旨在限制所公开的特定形式和实施例。相反，在不背离由所附权利要求限定的本发明的新颖性、功能性和有用性的情况下，包括对本领域的普通技术人员显而易见的进一步的修改、改变、重置、替换、替代、设计选择和实施方案。因此，所附权利要求旨在被解释为包含所有这样的进一步修改、改变、重置、替换、设计选择和实施方案。

Claims

1.一种降低环境内空气中物质的水平的系统，其中所述环境包含封闭或部分开放环境并且其中所述物质选自由病原体、过敏原和致臭剂组成的组，所述系统包含：

进入通道，其被配置为接收来自环境的进入空气，所述进入空气包含初始水平的所述物质；

加湿器输入端，其被配置为接收来自加湿设备的水蒸气；

混合器部分，进入空气和水蒸气在所述混合器部分中混合，所述混合器部分输出具有75％与100％之间的湿度的空气/蒸气混合物；

处理腔室，其中所述空气/蒸气混合物进行光催化氧化处理，所述处理腔室包含：

多个有源单元面板，所述有源单元面板的至少一部分表面涂覆有光催化材料；

一个或多个紫外(UV)光源，其散布在多个有源单元面板之间，使得从所述一个或多个UV光源发射的UV光照射在光催化材料上；

其中所述一个或多个有源单元、所述一个或多个紫外光源和空气/蒸气混合物的组合适于产生约0.0001与0.0070ppm之间的臭氧、约0.25与0.45ppm之间的过氧化氢；和氧化或分解所述物质以使所述处理腔室中的物质水平降低的羟基自由基和超离子；

湿度传感器，其位于混合器部分与处理腔室的输出端之间，所述湿度传感器被配置为感测空气/蒸气混合物的湿度水平并提供用于控制加湿设备的反馈湿度信号；和

排出通道，其被配置为允许处理后的空气/蒸气离开处理腔室并被分布到所述环境中，其中残余量的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子继续氧化或分解环境内的空气中或表面上的物质，直到所述残余量的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子解离。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述有源单元中的一个包含从有源单元的第一侧到有源单元的第二侧以横向方式布置的多个孔，并且其中所述孔的表面涂覆有光催化材料。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述多个孔进一步被配置为当所述空气/蒸气混合物从所述进入通道朝向所述排出通道移动时引导空气/蒸气混合物远离或朝向所述UV光源。

4.如权利要求1所述的系统，其进一步包含靠近进入通道的鼓风机，用于将进入空气从所述环境推入进入通道。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述混合器部分包含静态混合器。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述紫外光源中的一个或多个从所述处理腔室的侧壁延伸并进入有源单元面板之间。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述有源单元面板彼此近似平行地安置。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述加湿设备被配置为向所述加湿器输入端提供水蒸气，使得所述湿度信号保持在预定范围内。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述处理腔室内的空气/蒸气的平均速度比排出通道的处理后的空气/蒸气平均速度慢5与100倍之间。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述处理腔室进一步包含气塞，所述气塞被配置为允许引入和移出待净化的目标物。

11.如权利要求1所述的系统，其进一步包含加热器，所述加热器被配置为将进入空气加热到足够高的温度，使得与进入空气混合的水蒸气不会变得饱和。

12.一种降低环境内空气中物质的水平的方法，其中所述环境包含封闭或部分开放环境并且其中所述物质水平包含选自由病原体、过敏原和致臭剂组成的污染物组的物质，所述方法包含：

将来自所述环境的空气接收入进入通道；

使接收的空气与水蒸气混合以获得75％至100％湿度的空气/蒸气混合物；

在处理腔室中处理空气/蒸气混合物，其中处理包含：

通过紫外光源将紫外光照射在处理腔室内的光催化表面上和处理腔室内的空气/蒸气混合物上，以产生约0.0001与0.0070ppm之间的臭氧、约0.25与0.45ppm之间的过氧化氢以及氧化或分解所述物质以使得所述处理腔室中的物质水平降低的羟基自由基和超离子；和

将处理后的空气/蒸气混合物输出回到所述环境中，使得残余量的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子继续氧化或分解环境内的空气中或表面上的物质，直到所述残余量的臭氧、过氧化氢、羟基自由基和超离子解离。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述处理腔室包含多个表面涂覆有光催化材料的有源单元面板，并且其中所述有源单元面板从处理腔室侧壁延伸到处理腔室中。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述有源单元面板包含从每个所述有源单元面板的第一侧到第二侧以横向方式布置的多个孔。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述紫外光源被安置于两个有源单元面板之间。

16.如权利要求12所述的方法，其进一步包含在混合之前将来自所述环境的空气进行加热，使得与来自所述环境的空气混合的水蒸气不会变得饱和。

17.如权利要求12所述的方法，其中输出处理后的空气/混合物进一步包含输出空气、良性污染物、降低水平的物质、小于0.0007ppm的臭氧、小于0.45ppm的过氧化氢、75％与100％之间的湿度、羟基自由基和超离子。

18.如权利要求12所述的方法，其中所述致臭剂选自由烟、发动机排气和挥发性有机化合物组成的组。