CN115325652A - 便携式消毒单元 - Google Patents
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Abstract
公开了一种对细菌、真菌和病毒等病原体具有有效消毒特性的便携式消毒装置。便携式消毒装置的实施例包括便携式灭菌盒,该便携式灭菌盒具有被配置为接收吸入的空气并沿着该路径用UV辐射来照射吸入的空气以产生消毒空气的至少一个路径。可以使用挡板来提供该路径,挡板被配置为例如呈蛇形或螺旋形构造,以提供用于空气的非线性流动路径。诸如UV LED之类的UV光源可以安装在挡板上。该装置的实施例包括连接到灭菌盒的进气管,用于将空气从房间内要消毒的高点吸入到灭菌盒中。消毒空气从房间较低点的灭菌盒中释放出来。由于在消毒过程中空气被轻微加热,从房间的高处吸入空气并在房间的较低处释放消毒空气提供了消毒空气的循环和混合。
Description
技术领域
本申请涉及一种能够对诸如细菌、真菌和病毒等病原体进行消毒的便携式装置。
背景技术
COVID-19全球健康危机凸显了对空气中病原体进行消毒的方法和系统的需求,尤其是在室内环境中,例如家庭、办公室、学校房间等。已经提出了使用紫外线(UV)照射来消毒/灭活病原体(例如导致COVID-19的新型冠状病毒(SARS-CoV-2))的各种系统。一个示例在2020年4月13日提交的题为“Light Fixture Having a Fan and UltravioletSterilization(具有风扇和紫外线灭菌功能的照明装置)”的美国专利申请16/846,816中进行了描述,该申请的全部内容在此纳入作为参考。该专利申请(本文称为“'816申请”)描述了一种照明装置,该照明装置具有配置为向房间提供白色房间照明的照光盒,并且还具有通常配置在照光盒顶部的病原体灭菌盒。该照明装置包括一个风扇,可将空气持续吸入灭菌盒,在灭菌盒中,空气被UV LED芯片提供的UV辐射照射。消毒后的空气被释放回房间。由照光盒提供的白光也可以使用LED来提供。根据'816申请中描述的一些实施例,LED提供在405nm和470nm处具有明显发射峰的照明,这也可用于病原体灭活。
虽然在'816申请中描述的消毒照明装置非常有效,但发明人已经认识到需要更多便携式灭菌单元。
附图说明
图1示出了便携式消毒装置的实施例。
图2示出了灭菌盒的俯视图。
图3示出了灭菌盒的横截面。
图4示出了去除顶盖的灭菌盒的俯视图,还示出了挡板。
图5示出了用于操作便携式灭菌单元的系统电子器件。
图6示出了用于操作便携式灭菌单元的系统电子器件的替代实施例。
具体实施方式
图1示出了用于对房间中的空气进行灭菌/消毒的便携式消毒单元100的实施例。便携式消毒单元100包括灭菌盒102。如下文更详细说明的,房间中的空气被吸入灭菌盒102中,在此使用紫外线(UV)辐射进行消毒。消毒空气被释放回房间。请注意,灭菌盒102不需要是如图所示的盒形,而是可以理解为任何隔间、区域或体积,无论其形状和大小如何。根据一个实施例,灭菌盒102是盒形的,具有大约2英尺宽、2英尺深和大约4.5-5英寸高的尺寸。可以使用其他尺寸,例如2x 4英尺。灭菌盒102的壁通常可以是任何材料,例如金属、玻璃纤维、塑料等。
在所示实施例中,房间中的空气通过进气管104被吸入灭菌盒102。进气管104的长度尺寸设计成从朝向房间顶部捕获空气。根据一些实施例,从房间的高处,特别是从房间内居住者头部上方的高度吸入房间中的空气是有益的。当房间中的空气通过灭菌盒并被消毒时,空气会被轻微加热。从房间较低的灭菌盒中释放消毒空气提供了房间中的空气的循环,因为略微加热的消毒空气趋于上升。根据一些实施例,进气管的长度为至少两英尺、至少四英尺、至少六英尺或至少八英尺。根据一些实施例,进气管104的长度可以调节。例如,进气管104可以伸缩并且可以包括夹子或锁105以将调节后的管保持在期望的长度。根据一些实施例,进气管的长度可以从大约四英尺的长度调节到大约八英尺的长度。进气管104通常可以包括任何合适的材料,例如金属、塑料、玻璃纤维、聚氯乙烯(PVC)等。如图所示,进气管104可以在远端包括进气口106。如图所示,可以使用法兰108将进气管104附接到灭菌盒102。用于将进气管104附接到灭菌盒102的其他配置对于本领域技术人员将是显而易见的。
如下所述,吸入灭菌盒102的房间中的空气在灭菌盒内使用紫外光进行灭菌/消毒,并且经灭菌/消毒的空气通过一个或多个排气口110被提供回房间。通常,取决于灭菌盒102的配置,可以使用任意数量的排气口110。根据一些实施例,消毒单元100可以包括被配置为感测房间环境的各个方面的传感器系统111。在图1中,传感器系统111连接到进气口106。然而,传感器系统可以连接到消毒单元100的其他地方。此外,传感器系统可以远离灭菌单元,例如在房间天花板内,在这种情况下,灭菌单元可以被配置为与传感器系统无线通信,如下面更详细说明的。
在所示实施例中,灭菌盒102支撑在可移动支架112上。所示可移动支架包括支撑件114和底座116。支撑件114通常可以是能够支撑灭菌盒的任何形状或构造。图示的支撑件114包括圆柱体或管子。根据一些实施例,灭菌盒102可以直接连接到支撑件114,例如通过螺栓或以其他方式附接到支撑件。根据其他实施例,支撑件可以包括可以放置灭菌盒的搁板或其他表面(未示出)。底座116通常可以是任何构造,如本领域技术人员显而易见的。根据一些实施例,底座116可以包括轮子或脚轮118。请注意,便携式消毒单元100的一些实施例可以不包括支架112,而是可以替代地被配置为搁置在地板上和/或一些其他家具上,例如书桌或桌子等。
图2示出了移除了进气管104和法兰108的灭菌盒102的俯视图。如图所示,灭菌盒102包括配置在灭菌盒顶盖中的孔204内的风扇组件201。孔204用作灭菌盒102的进气口。在所示实施例中,风扇组件201包括由格栅206覆盖的风扇202。风扇组件201还包括风扇马达208(如图3所示)。风扇202被配置为通过进气管104将房间中的空气吸入灭菌盒102。风扇组件可以使用螺钉等附接到灭菌盒的顶面。请注意,虽然在所示实施例中风扇组件201安装在灭菌盒102的顶面中,但风扇/风扇组件可以安放在气流路径中的其他地方,例如在排气口110处或附近。
图3示出了灭菌盒102的横截面图。灭菌盒102包括底面302、侧面304和顶盖306。灭菌盒102的内部包括挡板308,该挡板在非线性路径中引导气流最终到达形成在一个或多个侧面304中的排气口110。如稍后将进一步详细解释的,这些挡板308包括UV LED芯片以在气流沿着该非线性路径(随后将关于图4对此进行描述)流动时照射气流。挡板308优选地包括金属材料,并且可以附接到底面302。例如,挡板308的底部边缘可以如图所示弯曲并通过点焊、使用螺钉或使用粘合剂附接到底面302。侧面304可以类似地附接到底面302。在另一未示出的示例中,挡板308可以集成为单件,然后可以在其组装期间使其落入灭菌盒102中并根据需要固定到位。
灭菌盒102的组件可以涂有抗菌或反射材料。例如,灭菌盒的内表面可以涂有二氧化钛。除了具有抗菌特性之外,二氧化钛还具有高反射性,因此促进了UV灭菌盒102内UV辐射的反射。这比吸收UV辐射更可取,因为吸收会去除原本可用于消除病原体的有用能量。在一个示例中,涂层可以包括由Sherwin Williams制造的Paint这种涂层可以施加到挡板308的垂直表面,也可以施加到顶盖306的下侧和底面302的顶侧。
可以使用螺钉310将顶盖306附接到侧面304。这允许移除顶盖306以执行维护,例如清洁或移除挡板308或修理或更换系统电子器件,如随后解释的。同样,可以使用螺钉将法兰108附接到顶盖306。顶盖306可以使用其他方法附接到UV灭菌盒102,这使得它可以被打开和重新关闭以进行维护。
灭菌盒102可以包括安全开关312,该安全开关312被设计为在移除顶盖306时切断UV LED芯片的电源。这是为了防止可能正在组装或维护灭菌盒102的人员意外暴露于UV。该开关103可以以不同方式设置在灭菌盒中,但如图所示,该开关安装到侧面304的顶部法兰。技术人员将理解,开关312包括接触表面,顶盖306在连接到UV灭菌盒时会压下该接触表面,从而闭合开关312并且使UV LED芯片能够接收电力。当顶盖306被移除时,终止下压接触表面并且开关312因此被打开以防止激活UV LED芯片。下面参考图5进一步讨论安全开关312的操作。
如图3和4所示,灭菌盒102的顶面306具有孔204,该孔促进空气从风扇202流入UV灭菌盒。一旦这样的空气进入灭菌盒102,它就被引导通过由挡板308的定位所引导的非线性路径。这在图4中得到最佳显示,该图示出了灭菌盒102的俯视图,其中顶盖306被移除。如图所示,挡板308定位成使得气流在很大程度上沿着蛇形路径从顶面306中的孔204流到侧面304中的排气口110。图4中挡板308的具体定位方式将气流分成四个路径。这些气流路径中的两个在图4的右侧示出,但应当理解,另外两个气流路径将出现在图4的左侧,尽管为简单起见未示出另外两个气流路径。请注意,气流路径可能不会遵循严格的蛇形路径。例如,挡板308可以定位成在气流路径中产生涡流402。这有效地拉长了气流路径,从而使空气暴露于UV辐射的时间更长,如下面进一步解释的。挡板404可以定位成在必要时关闭气流路径以形成涡流402,以及将气流引导到挡板结构中。
为了更彻底地对气流路径中的空气进行灭菌,非线性气流路径包括UV LED芯片406,这些芯片可以形成在LED灯条408上。UV LED芯片406和灯条408在图4的左侧示出,但是应当理解,UV LED芯片406和灯条408也将出现在图4的右侧,尽管为了简单起见未这样示出。在所示示例中,LED灯条408附接在挡板308的垂直表面上,如图4右下方的平面图所示。在该示例中,有两个UV LED灯条408在挡板308的壁上垂直间隔开,这改善了空气对UV辐射的暴露。
优选地,尽可能多的非线性气流路径暴露于UV辐射,因此在图4中,UV LED灯条408基本上沿着气流路径的整个长度定位,并且进一步优选地沿着这些长度的至少一半定位。挡板308周围气流路径的宽度d可以是大约1到1.5英寸。假设灭菌盒102大约为2×2英尺,则四个气流路径中的每一个的长度大约为60到100英寸,因此优选地沿着这些路径的至少大约30到50英寸发生照射。因为UV辐射对人体有害,所以优选地,UV LED灯条408不出现在UV辐射可能照射灭菌盒102或从灭菌盒102泄漏出的位置。因此,例如,UV LED灯条408不接近排气口110。如图所示,UV LED灯条408可以放置在挡板308的两侧,从相对侧照射气流路径。UV LED灯条408也可以放置在其他地方,例如放置在底面302的顶侧,或顶盖306的下侧。
假设灭菌盒102的高度约为4.5英寸,则四个气流路径中的每一个的总体积约为360立方英寸。风扇202例如可以包括由NMB Technologies Corp.制造的零件09225VA-12K-AA-cc,其以54立方英尺/分钟的流速使空气移动,这将使空气以13.5立方英尺/分钟或389立方英寸/秒的流速并行地移动通过四个气流路径中的每一个。因此,每个流动路径中的每个单位体积空气被用UV持续照射大约一秒钟(360/389),并且具有高通量或能量密度,因为空气几乎沿着每个气流路径的长度被连续照射。请注意,与使用UV辐射净化空气的其他空气净化系统相比,这是有利的。通常,此类系统包括一个点UV源,待灭菌的空气通过该点UV源,这意味着每单位体积的空气仅被辐射很短的时间,可能导致病原体不完全灭活。相比之下,空气在灭菌盒102内沿着非线性路径持续照射较长时间,并且具有较高的通量或能量密度,从而确保更彻底的消毒。当然,空气被UV照射的程度可以通过改变风扇202的流速、改变气流路径的长度或体积、改变所使用的UV LED芯片406的强度和数量等来改变。
在一个示例中,UV LED灯条408上的每个UV LED芯片406产生峰值波长在200至280nm范围内的UV辐射,其通常对应于UV-C波长范围。更优选地,UV辐射的峰值波长在240至260nm范围内或在260至280nm范围内。该范围内的UV辐射已被证明对通过靶向瞄准病毒的核酸来灭活病毒特别有用。请参见K.Bergmann发表的“UV-C Irradiation:A New ViralInactivation Method for Biopharmaceuticals(UV-C辐射:一种新的生物制药病毒灭活方法,美国药物评论,第17(6)卷(2014年11月))”。
虽然图4示出了分别遵循非线性路径的四个气流路径,以及两个排气口110,但是应当理解这只是一个示例。可以在灭菌盒102内建立更多或更少的气流路径,或更多或更少的排气口110。例如,单个非线性路径可以包括螺旋,其中空气以增加的直径围绕盒子螺旋,直到灭菌后的空气在单个排气口处离开盒子。此外,尽管未示出,但灭菌盒102可以包括一个或多个过滤器,该过滤器被配置为在灭菌空气通过排气口110释放之前对其进行过滤。例如,过滤器可以被构造成排气口110的一部分或靠近排气口。例如,过滤器可以是高效微粒空气(HEPA)过滤器或木炭过滤器。
如图4所示,灭菌盒102可以包括电子器件部分410。该部分410可通过壁412与挡板308和气流路径隔离。部分410可以包括用于驱动灭菌盒102中的UV LED芯片406的驱动电路414。用于驱动LED芯片406和风扇202的电力例如可以由从墙壁插座提供的AC电力来提供。因此,LED驱动电路414可以包括变压器/整流器级,用于为LED芯片和风扇提供适当的DC电压和/或电流。请注意,此类变压器和/或整流器级可以包括不同的电子组件或子组件,但在本申请中都被视为驱动电路。尽管图4中未示出,但灭菌盒102还可以(或替代地)包括电池,例如可充电电池,用于为LED芯片和风扇提供电力。
电子器件部分410可以包括一个或多个端口416,从灭菌盒102外部接收AC电力100(图5),例如从与灭菌盒连接的插座或其他电源或线路。电子器件部分410还可以包括一个或多个端口418以允许信号从驱动电路414输出到UV灭菌盒14中的UV LED芯片406和安全开关312。技术人员将理解,这种信号可以连接到每个UV LED灯条408。在这点上,以减少所需信号量和连接量的方式连接灭菌盒内的各种UV LED灯条408是有用的。尽管未示出,但灭菌盒的表面可以包括电路板以帮助将信号路由到UV LED灯条408。优选地,端口418在信号通过后被光学阻挡以防止UV光进入电子器件部分410。优选地将系统电子器件包括在部分410中,以使其可以被轻松地接近。例如,UV灭菌盒102的顶盖306可以被移除(使用螺钉310,图3),从而允许根据需要进行接近以维护或更换系统电子器件。电子器件部分410的大小可以根据所支持的系统电子器件的大小而变化。
图5示出了系统电子器件500的一个实施例。AC电源提供电压Vac,该电压提供给UVLED驱动电路414和风扇202。尽管未示出,但应当理解,Vac可以在根据驱动电路和风扇的输入功率需求提供给驱动电路和风扇之前进行处理(变压、整流为DC电压等)。LED驱动电路414根据需要提供顺从电压Vuv以提供驱动UV LED芯片406所需的电流Iuv,其中调节器502控制Iuv。系统电子器件500可以包括用于控制LED和风扇的开关504。同样,系统电子器件500还可以包括安全开关312。如前所述,该开关312被设计成在从灭菌盒102移除顶盖306时打开以切断提供给UV LED芯片406的电力(例如,经由驱动电路414)。如图所示,安全开关312与开关504串联,因此也会禁用提供给风扇202的电力。然而,开关312也可以位于电路中以仅切断提供给LED驱动电路414的电力。在一个示例中,灭菌盒102所需的功率可以包括约为40瓦,UV LED芯片406所需的功率约为30W,而风扇所需的功率约为10W。
图6示出了系统电子器件600的另一实施例。系统电子器件600允许使用AC电源或使用电池602来为消毒单元供电。如上所述,电池可以是可充电电池或原电池。尽管图6中未示出,但是系统电子器件可以包括充电电路,用于在消毒单元连接到AC电源时对电池602进行再充电。所示的系统电子器件的实施例包括继电器604,例如图示的单刀双掷(SPDT)继电器,其被配置为根据消毒单元是否插入墙壁电源而在电池电源和AC电源之间自动切换。其他开关配置对于本领域技术人员将是显而易见的。在图6中,风扇202、UV LED灯条408、安全开关312、通/断开关504和LED驱动电路414如前所述。请注意,LED驱动电路414的火线(L)和零线(N)端子在图6中具体地表示出。
所公开的便携式消毒单元可以被修改为包括无线通信能力,如发明人John C.,Higgins发表的“Sensor System for a Light Fixture Having UltravioletSterilization Functionality(具有紫外线灭菌功能的照明装置的传感器系统)”中所述,该专利申请([律师案号127-0011US])与本文同时提交,并且其全部内容通过引用并入本文。如该申请中所述,提供无线通信允许消毒单元由在外部设备上运行的应用控制和监视。此外,消毒单元可以对也在上述申请中描述的传感器系统做出响应。该传感器系统可以检测一种或多种环境条件,并且可以使用这些感测条件来控制消毒单元中的一种或多种功能,例如风扇、UV灭菌和(如果存在)照射。传感器系统可以与消毒单元进行无线通信。或者,传感器系统可以安装在消毒单元上,例如安装在图1所示的进气口上。
上述便携式消毒单元100的实施例不包括在单元外部的任何照明。然而,应当理解,例如在上面讨论的'816申请中描述的外部照明可以在灭菌盒102的一个或多个外表面上提供。例如,这种外部照明可以从盒照射下来或朝向天花板照射。根据一些实施例,外部照明可以包括提供在405nm和470nm处具有明显发射峰的照明的LED。用于控制这种外部照明的电路在并入的'816申请中有所描述。此外,消毒单元可以包括外部照明以指示与该单元相关的各种状态。例如,绿灯表示系统正在运行,红灯表示系统正在充电。在包括环境传感器系统的消毒单元的实施例中,各种颜色的灯可以用作房间内环境条件的指示器。
尽管已经显示和描述了本发明的特定实施例,但应当理解,上述讨论并非旨在将本发明限制于这些实施例。对于本领域的技术人员来说显而易见的是,在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。因此,本发明旨在覆盖可能落入如权利要求所限定的本发明的精神和范围内的替代、修改和等效物。
Claims (20)
1.一种用于对环境中的空气进行消毒的便携式消毒装置,所述装置包括:
便携式灭菌盒,其包括被配置为接收吸入的空气并在一个或多个排气口处输出消毒空气的至少一个路径,其中所述灭菌盒包括多个紫外线(UV)辐射源,所述紫外线(UV)辐射源被配置为沿着所述路径用UV辐射来照射所吸入的空气以产生消毒空气,
进气管,其连接到所述灭菌盒并在所述灭菌盒上方延伸,以及
风扇,其被配置为通过所述进气管将空气吸入所述灭菌盒。
2.根据权利要求1所述的装置,还包括被配置为支撑所述便携式灭菌盒的支架。
3.根据权利要求2所述的装置,其中所述支架包括轮子。
4.根据权利要求1所述的装置,其中所述进气管的长度至少为六英尺。
5.根据权利要求1所述的装置,其中所述进气管的长度可调。
6.根据权利要求1所述的装置,其中所述至少一个路径是非线性的。
7.根据权利要求6所述的装置,其中所述至少一个路径沿着其长度的至少一部分呈蛇形或螺旋形。
8.根据权利要求6所述的装置,其中所述至少一个路径被配置为在沿着所述路径的气流中产生涡流。
9.根据权利要求6所述的装置,其中所述至少一个路径由所述灭菌盒内的一个或多个挡板限定。
10.根据权利要求9所述的装置,其中所述UV辐射源被附接到所述挡板的侧面。
11.根据权利要求1所述的装置,其中所述UV辐射源包括UV LED芯片。
12.根据权利要求11所述的装置,其中所述UV LED芯片被配置为产生峰值波长在200至280nm范围内的辐射。
13.根据权利要求12所述的装置,其中所述UV LED芯片被配置为产生峰值波长在240至280nm范围内的辐射。
14.根据权利要求1所述的装置,其中所述UV辐射源被配置为沿着至少一个路径中的每一个的至少大部分长度用UV辐射来照射所吸入的空气。
15.根据权利要求1所述的装置,其中所述灭菌盒包括至少一个过滤器,所述过滤器被配置为过滤所吸入的空气。
16.根据权利要求1所述的装置,其中所述灭菌盒被配置为通过AC电源和电池电源工作。
17.一种对房间中的空气进行消毒的方法,所述方法包括:
使用进气管从所述房间的第一高度吸入空气,
将所吸入的空气提供给便携式灭菌盒,所述便携式灭菌盒包括至少一个被配置为接收所吸入的空气的路径,
使用多个紫外线(UV)辐射源沿着所述路径照射所吸入的空气以产生消毒空气,以及
在所述房间内的第二高度从所述便携式灭菌盒释放所述消毒空气,所述第二高度低于所述第一高度。
18.根据权利要求17所述的方法,其中所述第一高度比所述第二高度高至少六英尺。
19.根据权利要求17所述的方法,其中所述至少一个路径由所述灭菌盒内的一个或多个挡板限定,并且其中所述UV辐射源被附接到所述挡板的侧面。
20.根据权利要求17所述的方法,其中所述UV辐射源包括UV LED芯片,所述UV LED芯片被配置为产生峰值波长在200至280nm范围内的辐射。
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