CN115427088A

CN115427088A - 呼吸空气消毒装置、以此的呼吸防护面罩和以此的呼吸空气消毒方法

Info

Publication number: CN115427088A
Application number: CN202180028915.1A
Authority: CN
Inventors: B·赫内
Original assignee: Qwan Holding Co ltd
Current assignee: Qwan Holding Co ltd
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-12-02
Also published as: DE102020112999A1; WO2021228984A1; EP4149573A1; US20230166133A1

Abstract

本发明涉及一种呼吸空气消毒装置，其具有呼吸空气通道(1)，经由所述呼吸空气通道，呼吸空气经由入口区段(11)沿第一流动方向(X)引向给人和/或从人引开，设置有所述呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)并且在所述呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)中设置有用于对呼吸空气消毒的UVC辐射机构(3)，其特征在于，所述呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)具有沿所有径向方向(R)的多侧扩宽部，在最大扩宽部的区域中设置有阻碍呼吸空气的直线流过的流动面(22)，所述流动面引起呼吸空气沿相对于第一流动方向(X)的所有径向方向(R)向外在所述呼吸空气通道(1)的这个加宽区段(2)中的转向，并且在加宽区段(2)中的有效流动横截面相对于在入口区段中的流动横截面扩宽。此外本发明涉及包括至少一个呼吸空气消毒装置的呼吸防护面罩(4)和呼吸空气消毒方法，利用其，呼吸空气通过呼吸空气通道(1)沿第一流动方向(X)引向给人和/或从人引开，在呼吸空气通道(1)中流动的呼吸空气经受UVC辐射，其特征在于沿相对于第一流动方向(X)的所有径向方向(R)向外在呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)中对呼吸空气转向，以此在所述呼吸空气通道(1)的该这个加宽区段(2)中的流动路径和流动横截面扩大，并且在所述呼吸空气通道(1)的这个加宽区段(2)中以UVC辐射照射呼吸空气。

Description

呼吸空气消毒装置、以此的呼吸防护面罩和以此的呼吸空气消毒方法

技术领域

本发明涉及一种呼吸空气消毒装置，所述呼吸空气消毒装置具有呼吸空气通道，经由所述呼吸空气通道，呼吸空气经由入口区段沿第一流动方向引向给人和/或从人引开，设置有所述呼吸空气通道的加宽区段并且在所述呼吸空气通道的加宽区段中设置有用于对呼吸空气消毒的UVC辐射机构。此外，本发明涉及一种具有这样的呼吸空气消毒装置的呼吸防护面罩和一种以此的呼吸空气消毒方法。

在此，呼吸空气的第一流动方向理解为一般流动方向，该流动方向沿着例如构造为呼吸空气软管或类似物的呼吸空气通道的纵轴线引导给人或从人引离。

背景技术

由US2016/0001108A1已知一种呼吸空气消毒装置，该呼吸空气消毒装置在流动室中具有对穿流的空气消毒的UV照射机构。在此，呼吸空气经由流动室引导并且在那里通过结构搅动，从而有效地延长空气流路径。备选地，流动室被分成多个蜿蜒状的呼吸空气通道，所述呼吸空气通道延长空气路径并且由此改善空气净化。

在后公开的DE102020106235B3描述一种呼吸防护面罩，在该呼吸防护面罩中，呼吸空气通过室内部空间引导，在该室内部空间中设置有紫外线发射的光源。室内部空间可以借助于分离装置构造成流体连接的两个室区段。

发明内容

因此，本发明的任务在于，给出一种呼吸空气消毒装置或一种呼吸空气消毒方法，利用该呼吸空气消毒装置或该呼吸空气消毒方法，对呼吸空气的消毒能可靠且高能效地实现。

所述任务利用一种按照权利要求1所述的呼吸空气消毒装置和一种按照权利要求8所述的呼吸空气消毒方法解决。

通过以下方式，即，所述呼吸空气通道的加宽区段具有沿所有径向方向的多侧扩宽部，在最大扩宽部的区域中设置有阻碍呼吸空气的直线流过的流动面，所述流动面引起呼吸空气沿相对于第一流动方向的所有径向方向向外在所述呼吸空气通道的这个加宽区段中的转向，并且因此所述加宽区段中的有效流动横截面相对于所述入口区段中的流动横截面扩宽，延长呼吸空气在所述装置中的流动路径并且同时扩所述呼吸空气通道的这个加宽区段中的流动横截面。

在此决定性的是：沿最初的第一流动方向(一般流动方向)流动的呼吸空气现在沿所有径向方向转向，亦即现在扇形展开地在围绕第一流动方向的整个周向方向上沿另一个、即偏转的作为径向流动方向的流动方向转向，以此有效流动横截面分布到这个区域的宽度的整个圆周上并且沿径向方向向外随着增加的半径明显扩大。

对应地，经由呼吸空气通道的这个加宽区段引导的呼吸空气在其流动速度方面减慢并且要经过的流动路径在这个加宽区段中延长。因此，作用时间延长并且UVC辐射对在这个加宽区段中沿着流动的呼吸空气和其中可能包含的病菌的效果显著改善。在此要考虑：UVC光已经在空气中在其强度方面强烈地削弱、即只具有几毫米至10mm-20mm的穿透深度。此外要考虑：可能的处于其之间的分离层引起对辐射强度的附加的明显衰减。

此外要考虑：一般成年人在休息状态中在大约1.5s的持续时间上的一次呼吸之内吸入大约半升的空气体积作为呼吸空气。由此，对于例如也在医院中使用的具有15mm的内径的通常的呼吸空气供应软管产生大约2m/s的流动速度。通过扩宽呼吸空气通道的加宽区段中的流动横截面，在外部的外围区域中实现根据几何设计的几cm/s、优选1cm/s或甚至更少的显著减少的速度。为此，所述加宽区段中的有效流动横截面应相对于所述入口区段中的流动横截面以因数10至500、优选以因数20至100扩大。

如果所述UVC辐射机构在所述加宽区段中设置在最大流动横截面扩宽部的区域中，则UVC照射在最缓慢的空气流动的区域中起作用，以此伴随特别高的有效性。如果现在考虑延长的流动路径、减慢的空气流动和在呼吸空气通道的加宽区段的这个外围上直接设置辐射机构UVC的可能性，则可以实现对在所述流动中流过的空气微粒的UVC照射的有效的2s-3s的作用时间。在此可能确定：1s以上的作用时间在使用具有例如0.6瓦功率的常规UVC-LED中引起非常有效的病菌减少、即对可能的在空气中运输的细菌、病毒或类似物的杀死。

按照方法，所述任务利用如下步骤解决：

使呼吸空气沿相对于第一流动方向的所有径向方向向外在所述呼吸空气通道的加宽区段中转向，以此使所述呼吸空气通道的这个加宽区段中的流动路径和流动横截面扩大，并且在所述呼吸空气通道的这个加宽区段中以所述UVC辐射照射呼吸空气。

通过呼吸空气在流动横截面的最大扩宽部的区域中的径向外边缘上经受所述UVC辐射的方式，在空气的最小流动速度的这个区域中非常有效地消毒。

如果呼吸空气在所述呼吸空气通道的这个加宽区段中的径向外边缘上再又往回转向到一般流动方向中，则呼吸空气可以进一步经由对应连接的软管、又以在其中构造的明显较高的空气流动速度引导到呼吸面罩。

备选地，例如两个呼吸空气消毒装置也可以直接设置在呼吸防护面罩中，于是可以省去回到呼吸空气的一般流动方向的往回转向并且可以将如此消毒的呼吸空气直接引导到呼吸面罩的内部中。

此外，可以对所述UVC照射进行调制和/或合计，以便实现UVC照射在要消毒的呼吸空气中的较好的穿透深度。因此，应抑制UVC照射在呼吸空气中的衰减，以便确保对UVC照射的增强作用。在这里，可以使用已经由无线电运行已知的或者也在红外光或激光的调制中已知的技术。在此，不仅幅值调制而且还有频率调制都是可能的。此外，可以通过添加一个或多个其他的光频率产生上具有UVC增强作用的总信号。

按照装置，在另一个构造方案中优选的是：所述多侧扩宽部具有柱体的形状，所述柱体的柱体轴线与第一流动方向重合，并且所述流动面是圆盘，所述圆盘居中地且正交于第一流动方向在所述柱体中如此设置，使得柱体周面与圆盘之间的环形空间保持空出，以用于进一步的流动转向。在此，这个进一步的流动转向在环形空间的区域中靠近圆盘的外边缘进行，从而在这里呼吸空气-以还减少的流动速度-已经朝第一流动方向的方向流出。根据呼吸空气消毒装置的构造和呼吸空气的继续引导，呼吸空气可以在一种实施方式中又在较狭窄的单个呼吸空气软管中作为继续的呼吸空气通道相会，以此呼吸空气的流动速度又增加，或者呼吸空气在柱体周面与圆盘之间的环形空间的这个部位上直接或径向稍微向内转向，例如引导到呼吸面罩中。

形式为柱体的多侧扩宽部的构构造能在制造技术上非常简单地实现并且允许呼吸空气流动在流体技术上很大程度上均匀地分布在呼吸空气通道的这个加宽区段中。对应地，应当产生呼吸空气在这个柱体中的流动速度和分布的基本上均匀的减少。对应于在此同样实现的、延长的流动路径，由此可以获得UVC照射对流经的呼吸空气的明显提高的作用时间。

用于辅助支持均匀的流动分布，在所述呼吸空气通道和特别是所述呼吸空气通道的加宽区段中设置有导流面，所述导流面将呼吸空气的流动分布到同类的流动路径上。

如果所述呼吸空气通道的加宽区段由UVC光可穿透的材料、例如结晶玻璃或石墨烯、特别是塑料、优选PMME构成，在所述加宽区段上作为UVC辐射机构设置有UVC-LED，则所述UVC-LED也可以设置在壳体的外部上。备选地，辐射机构UVC然而也可以以UVC-LED的形式在呼吸空气通道之内设置在加宽区段中，因为在这种情况下对流过的呼吸空气的直接照射是可能的，而不必考虑通过强度削弱的分界面过渡的UVC照射的强度。

通过在所述呼吸空气通道中沿呼吸空气的流动方向在所述加宽区段上游设置有液体分离器和/或颗粒过滤器的方式，可以将不希望的组成部分、即一方面过量的湿气和另一方面可能的污物/粉尘颗粒从呼吸空气过滤掉。这出于卫生学的原因是有利的，因为在湿气微滴和/或颗粒上经常积聚有细菌/病毒并且应避免对呼吸空气消毒装置的内部的污染。

如果在所述加宽区段上设置有超声波发生器，则可以通过操控所述超声波发生器实施用于呼吸空气消毒装置的净化周期，其中，可以净化呼吸空气消毒装置之内的、特别是加宽区段中的可能的污物/粉尘颗粒。这可以在分开的维护周期中或者也在正常的运行期间不时地实施。

附图说明

随后借助附图详细描述两个实施例。

附图中：

图1示出呼吸空气消毒装置的第一实施方式的部分剖切视图；

图2示出在图1中示出的呼吸空气消毒装置的横剖图；

图3示出形式为具有两个呼吸空气消毒装置的呼吸防护面罩的本发明第二实施方式的空间视图；并且

图4示出在图3中示出的呼吸防护面罩的一侧的部分剖切视图。

具体实施方式

在图1中示出呼吸空气消毒装置的第一实施方式的部分剖切视图。在图2中，这个呼吸空气消毒装置在横剖图中描绘。在此，在图2中示出呼吸空气通道1，该呼吸空气通道包括具有小直径的入口区段11、具有明显较大的直径的加宽区段2(参见图1)和又具有小直径的出口区段12。

呼吸空气通道1的加宽区段2在这里示出的实施例中柱体形或罐形地构造，即具有相对小的柱体高度H和相对大的柱体直径。在此，为了阐明用于通过呼吸空气通道1引导的呼吸空气的流动行程，示出具有对应的流动方向的箭头。加宽区段或者说多侧扩宽部2(在这里以柱体形状)具有柱体轴线21，该柱体轴线与第一流动方向X重合，在以柱体形状的加宽区段2中设置形式为圆盘22的流动面。在此，加宽区段2由柱体形的壳体20构成。在入口区段11中，呼吸空气以平行于呼吸空气通道1的纵向延伸尺寸的第一流动方向X(沿着对应的管区段的柱体轴线21)流动并且然后沿相对于第一流动方向X径向的第二流动方向R分开，呼吸空气流动分布在以柱体形状构造为多侧扩宽部的加宽区段2中，如以在那里用R标记的流动箭头表示的那样。

在按照图1的部分剖切的视图中能看到：在以柱体形状的加宽区段2中如此设置有导流面23，使得扩宽的空腔在柱体的内部中分成八个大小相等的扇区24。这些蛋糕形的扇区24可以在外部的外围区域中附加地通过补充到导流面23的导气壁25划分。

在图1中以部分剖切视图示出圆盘22的俯视图。圆盘22的外部的圆形边缘与壳体20的环绕的柱体周面26之间构造有环形空间27，通过该环形空间，呼吸空气围绕圆盘22环流，并且如在图2中可看出的那样又往回朝柱体2的柱体轴线21并且随后朝呼吸空气通道1的出口区段12地又转向到第一流动方向X中。

此外，在图1中在柱体周面26上分别在内侧示出形式为UVC-LED31的UVC辐射机构3。在这里示出的实施例中，为每个扇区24分别设置一个UVC-LED31，如这也在图2中在上面示出。必要时可以在加宽区段2的壳体20中还将其他UVC-LED31特别是在外围区域中、即靠近柱体形的多侧扩宽部2的外边缘地设置，如这在图2中在下面备选地示出。

随后再次讨论按照图2的流动路径图。经由入口区段11流入的呼吸空气沿第一流动方向X的流动方向通过在加宽区段2中设置的圆盘22强制性地沿径向流动方向R沿相对于第一流动方向X的所有径向方向转向。对应地，呼吸空气以扇状扩宽的流动分布在整个圆周上的八个扇区24中，通过在整个圆周上的这种扇状扩宽，相比于入口区段11的直径实现横截面扩大和在柱体2的对应的有效高度H中总体上实现流动速度的明显减慢，如这通过在外围边缘上的较短的流动箭头示出。

恰好在这个部位上(在柱体2的外围边缘或外边缘上)于是优选也设置有形式为单个UVC-LED31的UVC辐射机构3。UVC-LED31例如可以在内侧设置在柱体周面26上，以便能够直接入射到流入到其上的呼吸空气上。补充的UVC-LED31必要时可以在柱体2的壳体20上、特别是在壳体20的柱体盖201中又靠近外部的外围区域地设置。作为UVC-LED31例如可以使用商业通用的0.8瓦LED。这样的UVC-LED31具有在UVC范围内的光强，所述光强适用于杀死微生物，特别是细菌、病毒或类似物，该UVC辐射向空气腔中的穿透深度为至少10mm、更可能至少20mm。对应地，在图2中以点划线示出作用空间32，在所述作用空间中，由UVC-LED31放出的UVC辐射杀菌地作用。

由于在加宽区段或者说柱体2的区域中的强烈的横截面扩大，流动速度对应于该横截面扩大地减小。由于在这个加宽区段2中延长的流动行程和UVC照射通过UVC辐射机构3在呼吸空气的尽可能小的流动速度的区域中、即靠近柱体2的外边缘的最优耦入，UVC辐射以充分杀菌的作用在20mm至40mm的区域上、在分别一个扇区24使用两个UVC-LED31时可能甚至在直至60mm的区域上起作用，从而缓慢流动通过这个区域的呼吸空气以高有效性由于UVC辐射的杀菌的特性进行消毒。在此，应能实现分别流过的空气颗粒的至少一秒、但最有可能数秒的作用持续时间。对应地，强烈降低病菌数，以此出口区段12的区域中的呼吸空气实际上是无菌的。

空气路径(呼吸空气通道1)中的流动横截面的扩宽(扩大)能够在图1和图2中示出的实施例中由柱体圆周与有效柱体高度相乘与供应软管(入口区段11)的横截面相比来计算，例如其中

r_s＝入口区段11的半径、例如7.5mm，

r_Z＝5*r_s＝柱体2的半径，

h_Z＝2*r_s＝有效柱体高度、即柱体盖201与圆盘22之间的距离，

v₁＝2m/s＝入口区段11中的流动速度并且

v₂＝靠近柱体的外边缘的造成的流动速度

得出：π*r_s ²*v₁＝2*π*r_Z*h_Z*v₂

r_s ²*v₁＝2*5*r_s*2*r_s*v₂

即：v₂＝1/20*v₁，

以此例如在入口区段上为2m/s的流动速度靠近柱体的外边缘减少到流动速度的1/20、即0.1m/s。并且恰好在这个部位上可设置有用于最优作用的UVC-LED，如在图2中点划线示出的作用空间32阐明的那样。空气在这里则以10cm/s的相对缓慢的速度在数cm的作用区域上流动，从而在那里沿着流动的空气在大约0.5s上经受强烈的UVC照射。

在按照图3和图4的第二实施例中示出装备有两个呼吸空气消毒装置的呼吸防护面罩4，如例如对于图1和图2描述的那样。在图3中以空间视图描绘呼吸防护面罩4。由图4示出呼吸空气通过相应的呼吸空气消毒装置的流动路径，在该图中示出按照图3的呼吸防护面罩4的部分剖切的部分视图。在这个第二实施例中，与第一实施例功能相同的构件以相同附图标记命名。

不同于第一实施例，呼吸空气直接在经过圆盘22之后自由地导入到呼吸防护面罩4中。因此，呼吸空气有利地以小流动速度导入到呼吸防护面罩4的内部空间中，从而几乎没有不愉快的空气流动运动在面部皮肤上可察觉并且也几乎没有涡流在呼吸防护面罩4之内出现。呼吸防护面罩4具有不透空气的面罩体40，在所述面罩体上插入按照图1和图2的两个呼吸空气消毒装置。在这个实施例中，在入口区段11的自由的端部上分别设置有一个细粉尘过滤器41。此外，在不透空气的面罩体40中安置有呼出阀42，从而呼吸空气可以由人在经由型式为止回阀的呼出阀42呼出之后直接放出到自由的周围环境中。必要时可以在两个呼吸空气消毒装置上设置有传感机构，以用于监控空气流的分布。

不言而喻，呼吸空气备选地也可以又引导穿过呼吸空气消毒装置，以便对应地在可能感染的人处也对放出到环境中的呼出空气消毒。

作为另一个选项可以在呼吸空气消毒装置上、特别是在加宽区段/柱体2上设置有超声波发生器28，该超声波发生器在激活时引起通过由超声波发生器28生成的振动运动对呼吸空气通道1的区域中、特别是加宽区段/柱体2上的灰尘/脏粒的净化。该这种净化可以在预定的时间间隔上或在服务模式中引起，以便总是保证UVC照射的最优作用和同时呼吸空气消毒装置中的卫生内面。

提高UVC照射的效率的另一个可能性在于，通过调制幅值或频率来改变UVC光和/或将UVC光与具有不同频率的一个光源或其他光源叠加，以便获得在UVC范围内的总光信号，所述总光信号得到较高作用和必要时在空气中和必要时在柱体2的UVC透光材料中的较小衰减。

在此，利用载频的UVC光调制有利于通过空气的传送作用。在此，这个UVC照射在出现特定的结晶的面/结构时导致反调制并且可以在那里又发挥其UVC作用。用于反调制的这些结晶的结构可以设置在柱体2的壳体20中，以便在那里有利于消毒作用并且抑制通过空气和必要时在柱体2的UVC透光材料中的衰减。

附图标记列表

1 呼吸空气通道

11 入口区段

12 出口区段

2 加宽区段、多侧扩宽部、柱体

20 壳体

201 柱体盖

21 柱体轴线

22 流动面、圆盘

23 导流面

24 扇区

25 导气壁

26 柱体周面

27 环形空间

28 超声波发生器

3 UVC辐射机构

31 UVC-LED

32 作用空间

4 呼吸防护面罩

40 不透空气的面罩体

41 细粉尘过滤器、颗粒过滤器

42 呼出阀

H 柱体的高度

R 径向流动方向

X 第一流动方向。

Claims

1.呼吸空气消毒装置，所述呼吸空气消毒装置具有呼吸空气通道(1)，经由所述呼吸空气通道，呼吸空气经由入口区段(11)沿第一流动方向(X)引向给人和/或从人引开，设置有所述呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)并且在所述呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)中设置有用于对呼吸空气消毒的UVC辐射机构(3)，其特征在于，所述呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)具有沿所有径向方向(R)的多侧扩宽部，在最大扩宽部的区域中设置有阻碍呼吸空气的直线流过的流动面(22)，所述流动面引起呼吸空气沿相对于第一流动方向(X)的所有径向方向(R)向外在所述呼吸空气通道(1)的这个加宽区段(2)中的转向，并且所述加宽区段(2)中的有效流动横截面相对于所述入口区段中的流动横截面扩宽。

2.按照权利要求1所述的呼吸空气消毒装置，其特征在于，所述多侧扩宽部具有柱体(2)的形状，所述柱体(2)的柱体轴线(21)与第一流动方向(X)和入口区段(11)的轴线重合，并且所述流动面是圆盘(22)，所述圆盘居中地且正交于第一流动方向(X)地设置在所述柱体(2)中，使得柱体周面(26)与圆盘(22)之间的外边缘上的环形空间(27)保持空出，以用于进一步的流动转向。

3.按照权利要求1或2所述的呼吸空气消毒装置，其特征在于，所述加宽区段(2)中的有效流动横截面相对于所述入口区段(11)中的流动横截面以因数10至500扩大。

4.按照权利要求3所述的呼吸空气消毒装置，其特征在于，所述加宽区段(2)中的有效流动横截面相对于所述入口区段(11)中的流动横截面以因数20至100扩大。

5.按照上述权利要求中任一项所述的呼吸空气消毒装置，其特征在于，所述UVC辐射机构(3)在所述加宽区段(2)中设置在最大流动横截面扩宽部的区域中。

6.按照权利要求1或2所述的呼吸空气消毒装置，其特征在于，在所述呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)中设置有导流面(23)，所述导流面将呼吸空气的流动分布到同类的流动路径上。

7.按照权利要求1、2或3所述的呼吸空气消毒装置，其特征在于，所述呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)由UVC光可穿透的材料构成，在所述加宽区段上作为UVC辐射机构(3)设置有UVC-LED(31)。

8.按照上述权利要求中任一项所述的呼吸空气消毒装置，其特征在于，在所述呼吸空气通道(1)中沿呼吸空气的流动方向在所述加宽区段(2)上游设置有液体分离器和/或颗粒过滤器(41)。

9.按照上述权利要求中任一项所述的呼吸空气消毒装置，其特征在于，在所述加宽区段(2)上设置有超声波发生器(28)。

10.呼吸防护面罩(4)，所述呼吸防护面罩具有至少一个按照上述权利要求中任一项所述的呼吸空气消毒装置。

11.呼吸空气消毒方法，利用所述呼吸空气消毒方法，呼吸空气经由呼吸空气通道(1)沿第一流动方向(X)引向给人和/或从人引开，在所述呼吸空气通道(1)中流动的呼吸空气经受UVC辐射，其特征在于如下步骤：

使呼吸空气沿相对于第一流动方向(X)的所有径向方向(R)向外在所述呼吸空气通道(1)的加宽区段(2)中转向，以此使所述呼吸空气通道(1)的这个加宽区段(2)中的流动路径和流动横截面扩大，并且

在所述呼吸空气通道(1)的这个加宽区段(2)中以所述UVC辐射照射呼吸空气。

12.按照权利要求11所述的呼吸空气消毒方法，其特征在于，呼吸空气在流动横截面的最大扩宽部的区域中的径向外边缘上经受所述UVC辐射。

13.按照权利要求11或12所述的呼吸空气消毒方法，其特征在于，呼吸空气在所述呼吸空气通道(1)的这个加宽区段(2)中的径向外边缘上又往回转向到第一流动方向(X)中。

14.按照权利要求11、12或13所述的呼吸空气消毒方法，其特征在于，在辐射频率方面调制所述UVC辐射。

15.按照权利要求11、12、13或14所述的呼吸空气消毒方法，其特征在于，对所述UVC辐射进行合计。