CN115776911A - 通过循环空气的紫外线照射提供生物保护的个人和移动设备 - Google Patents

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Abstract

本发明可用于创建个人系统，以保护呼吸器官和视觉器官免受病原性空气传播和气溶胶传播微生物的侵害，也可用于创建移动低功率封闭式再循环系统，用于对小房间和空间中的空气进行UV净化和消毒，例如各种形式的交通工具的车厢和客舱、办公室、教室、医疗场所等。根据要求保护的特性，本发明通过利用来自UVC LED源的UV辐射照射气流的方式，尤其是在人体呼吸期间，提供了对气流的高水平杀菌处理，其中在多通室中形成显著增强的光流。技术结果是，与没有这种室的设备相比，该设备的杀菌效率提高了几倍，并且伴随着根据该设备的期望杀菌效果，也降低了适用于主发射器的辐射功率的要求。

Description

通过循环空气的紫外线照射提供生物保护的个人和移动设备
技术领域
本发明可用于为呼吸器官(RPE)和视觉器官制造移动空气再循环器和个人防护设备，以防止通过空气和气溶胶传播的病原微生物(主要是病毒)进入其粘膜。
背景技术
在过去的20年中，发生了几次具有不同程度病毒粒子侵袭性的病毒性疾病的重大爆发，包括COVID-19大流行。最危险的疾病是通过飞沫和空气传播(气溶胶)传播的疾病，以及通过与气道和眼睛粘膜接触传播的疾病：约10％的患者通过眼睛粘膜感染，90％通过呼吸器官。在这种情况下，对场所/物体进行消毒和处理的方法和手段是众所周知的，包括臭氧、化合物消毒处理或紫外线照射(紫外线杀菌照射)。
在研究论文[1,2]中，作者通过考虑病毒暴露于紫外线期间在不同相对湿度下具有不同类型核酸的情况，评估了苛刻的紫外线杀菌对病毒气溶胶的有效性。对于空气传播的病毒，90％灭活的紫外线剂量为：单链RNA为339-423μW×s/cm2，单链DNA为444-494μW×s/cm2，双链RNA为662-863μW×s/cm2和双链DNA为910-1196μW×s/cm2。
值得注意的是，对于被测试的病毒类别，达到99％灭活所需的紫外线辐射量是达到90％灭活所需的两倍。此外，发现带有单链核酸的空气传播病毒比带有双链RNA和DNA的病毒更容易受到紫外线灭活的影响。对于所有具有相同灭活程度的测试病毒，相对湿度为85％时的紫外线辐射剂量高于相对湿度为55％时的紫外线辐射剂量。原因是病毒表面的水吸附作用提供了保护，防止紫外线对DNA或RNA的损伤。例如，COVID-19含有单链RNA，相当于波长为254nm的紫外线339-423μW×s/cm2的照射剂量(90％空气消毒)。因此，根据COVID-19，700-850μW×s/cm2可提供99％的消毒，而1400-1700μW×s/cm2已提供99.9％的消毒。
基于紫外线辐射对各种病毒和其他病原体的影响的现有数据，汞灯已被创造并长期用于照射场所以及对医疗和家用电器和产品进行消毒。随着新一代灯和UVC(紫外线)LED的出现，辐射消毒设备的范围已显著扩大。发明了流通(再循环)设备，能够在人们进入时对场所内的空气进行消毒。此外，还发明了再循环紫外线水消毒器。
然而，带有紫外线照射、臭氧发生器和消毒喷雾剂的再循环器在具有明显渗透和高密度人流的大房间(个人和公共交通工具、商店、电影院、咖啡馆、公共区域等)中对空气传播形式的感染无效。此外，带有自给式呼吸器和防毒面具的防护服对于绝大多数人口和企业工人来说极为不便和难以获得。此外，根据许多专家的说法，包括呼吸型、FFP-3级(N-95)在内的面罩(mask)仅在感染者的感染集中于细痰的情况下才有效。此外，随着不断的呼吸，含有溶解微生物的水分会扩散到面罩深处，最终随着吸入的空气进入人体。
波长接近汞光谱的UVC LED和其他放电UV灯的创造，以及它们的小尺寸和能耗(6V的低压直流电)需要开发各种内置发射器的RPE电路，以提高对病毒感染的保护效果。此类设计的示例可以是面罩，其中紫外线发射器直接放置在呼吸区域[3]或放置在通过喷嘴[4]连接到此面罩的设备中。然而，尽管具有紫外线发射器的RPE设备的发明、实用新型和各种外观设计数量惊人，但目前在世界任何地方都没有使用它们。缺乏实施此类发明的原因在于计算小型流通室中污染空气的紫外线照射效率。
对计算发射器所需功率的工程方法的分析揭示了许多明显的“不一致”。工程表[5]中对于某些病毒粒子(例如：肝炎病毒、流感病毒)对于λ≈254nm的暴露表面剂量Hs的关于杀菌效果Jбк的数据与来自研究[1,2]的关于单链RNA病毒的数据存在严重差异。同时，如出版物中所述，这些表格是实验性的，实际工作产品是在其基础上设计和实施的。
第二个严重差异，已经在工程表[5]中，是确定表面Hs和容积Hv剂量作为来自特定微生物、UV波长和给定Jбк的常数。
计算方法的这些“不一致”或特征通过实验“杀菌流量利用系数”和“房间指数”进行了调整。
需要说明的是，确定剂量的实验可以是全规模的，也可以是实验室规模的。尽管如此，它会随着特定容积(volume)或表面感染特定空气传播微生物的发射器的特定类型的照射而通过。计算辐射剂量的重要因素是容积形状、发射器位置的类型和角度、光子通量的特性(空间和角度分布、频谱)。物体形状的作用几乎是决定性的。如果我们将点源放置在长长的走廊或立方体形的办公室中，就相当于使用一个球或一个长圆柱体，它们的容积与烧瓶的容积相同。因此，由于远距离源辐射对其强度的空间分布影响，相同容积的不同物体的Hs和Hv匹配将是不正确的。关于源类型也可以肯定地说同样的话。放电灯和二极管具有完全不同的辐射分布。因此，在不同角度关联它们的亮度或功率是不准确的。也就是说，只有被照射物体的形状和发射器的类型相似时，才有可能在计算中使用Hs和Hv作为相关常数。由于工程表[5]中没有关于其实验验证方法的评论，因此该解决方案的作者在进一步计算中使用了研究论文[1,2]的数据，其中公开了实验的机理并且可以确信Hs的数据是合理的，而Hv的容积剂量是通量消毒的评估所必需的，需要外推到相似的容积。进一步地，在本文中，该值被称为源的比容热输入(the specific volumetric heat input)(J/cm3)。
实验数据发表在研究论文[1]中，随后在文章[2]中进行了描述。获得这些结果的实验装置的分析显示了以下特征。用石英玻璃烧瓶(壁的UV吸收最小)中的UV灯从侧面照射感染病毒粒子的空气。烧瓶(比色皿)的直径为d＝5cm，长度约为L＝20cm。圆柱沿其轴线的最大横截面积Smax＝dL＝100cm2。来自源(灯)的每个光子波仅在径向方向(垂直于S)通过圆柱形烧瓶(比色皿)一次。因此，总通量(光子/秒/cm2)通过整个气团的平均辐照面积(按圆柱容积)：hL，其中h＝d/21/2。因此，通过<S>＝71cm2，前提是感染介质中通量的所有光子具有大致相等的路径。
让我们注意灭活过程的物理模型。单位时间内通过特定容积的光子通量及其平均横截面积(1/cm3和1/cm2)比病毒粒子的浓度以及病毒粒子吸收光子的事件和这些病毒粒子的损伤大许多数量级。因此，来自灯的绝对和压倒性数量的光子只是简单地离开容积而不参与病毒粒子的灭活。此外，随着时间的推移，有效病毒粒子损伤的概率随着活的、未受影响的病毒粒子[1,2]浓度的降低呈指数下降。在这种情况下，我们可以将“辐射剂量”的概念以通过被物质容积平均的单位面积的能量的形式考虑，作为影响的客观值和确定这种影响程度的常数(损伤因素)。确切地说，这个值是在实验中根据初始浓度的病毒粒子灭活程度确定的。
考虑其中一个结果。正如实验所确定的，在D＝1400–1700μW*sec/cm2的剂量水平下达到了99.9％的1-RNA病毒粒子(类似于，例如，COVID-19)灭活的UV照射剂量。将接收剂量的最大量乘以平均照射面积并除以照射容积：Ev≈D×S/V≈300μJ/cm3。这是发射器进入实验烧瓶容积所需的比热输入值。
让我们确定给定病原体在5×5×3米的小房间内用于消毒(紫外线杀菌照射法)的辐射源的比容热输入、相应的表面剂量和灭活水平。考虑源位于房间的中心，因此其所有与灭活有关的辐射大致相同。吸收表面积(物体、墙壁、地板和天花板的吸收100％)为25×2+15×4＝110m2＝1.1×106cm2。房间的容积为5×5×3＝75m3＝75×106cm3。基于剂量概念的含义：D＝W×t/S＝E/S，我们得到解决这个问题所需的总辐射能量：E＝1870J＝Wt。源的比容热输入应为Ev≈25μJ/cm3。
我们观察到在小型实验装置和室内实现相同灭活水平所需的比热输入存在很大差异。烧瓶的容积只有400cm3，房间的容积是75×106cm3。在这种情况下，热输入不同于300:25，即乘以12(对数依赖性ln(V1/V2)＝ln(75×106cm3/400cm3)≈12)。
在初级水平上，这个结果可以很容易地通过光子撞击活病毒粒子的概率随波传播容积的增加而呈指数依赖性来解释。因此，在大容积中，光子在被壁吸收(或离开相互作用系统)之前会经过更长的路径。在一个5×5×3米的房间里，它的寿命约为10ns，环境中的平均路径长度约为3米。在实验装置烧瓶中，这分别是0.1ns和大约3cm。
因此，参数Ev≈Ev(V0)/|ln(V/V0)|(a)的近似值将是公平的。它表明，校正系数的线性外推在计算相差1-2个数量级的容积的领域中或多或少是正确的，但在5-6个数量级的差异下完全不起作用，这是我们在实践中观察到的作为正在考虑的实验结果[1,2]。
参数Ev非常重要，因为它可用于确定辐射源对特定流动容积的空气进行消毒所需的功率。使用得到的相似性公式，并根据确认的实验Ev(V0)和V0计算，我们可以得到辐射源对RPE相对于其照射室尺寸和通过其的气流所需的必要功率。Ev＝Wλ×t/V，其中Wλ为照射室内光场的功率，t为照射时间，V为照射室容积。Ev＝Wλ×t/V＝Wλ/v，其中v＝V/t是通过照射室的容积空气流量。Wλ是照射室中光场的功率—数值上等于源通过照射室容积到光子完全损失(离开照射室，吸收)的辐射功率。
上述计算特性的一个重要结论是，随着照射室尺寸的减小，所需的比热输入增加，因此源功率也增加。这就是为什么在[3]中考虑了具有多个二极管源的选项，在[4]中-具有单独的消毒室。应该注意的是，这两种选择在通过UV照射对抗病毒感染方面都有明显的缺点。尽管UVB-UVC二极管相对于UV灯具有优势，但两种应用都显示出一组二极管成本高(需要几十个)、能耗高(电池容量大)、寄生发热相当大、大容积和重量的设备。这些因素可以解释本领域缺乏专利开发实施。
发明内容
因此，作者解决了基于UV辐射点源创建负担得起且高效的个人生物保护方法(主要用于呼吸器官)的问题，包括用于运输的带有UV发射器的移动再循环器和基于UVC LED的带有自主或板载低电压电源的小房间等。解决这一问题所取得的技术成果是提高了呼吸防护设备和其他空气消毒设备的杀菌效果水平。
为了达到这个结果，要求保护用于灭活气流中的病原微生物的设备。此外-该设备以流通室的形式制成，该流通室具有内部容积和限制该内部容积的至少一个壁。至少一个紫外线辐射光谱的LED位于所述室的内部容积中，而至少一个特定壁的整个内表面被涂覆或由反射紫外线辐射的材料制成，以形成多通光学系统。在至少一个特定壁上形成至少两个通缝或孔，其中一个基本上是入口，第二个是来自空气流过所述室的内部容积的条件的出口。
该设备可选配LED电源，所述室由圆柱形、球形、半球形、具有曲面相交的简单或复杂几何形状制成。此外，所有狭缝或孔的总面积与至少一个特定室的壁的内表面的整个面积的比率从吸气/呼气或抽气期间的气流通道的条件来看任选地最小。
为了达到期望的结果，个人呼吸保护设备也要求保护。该设备以面罩的形式制成，该面罩至少覆盖呼吸器官，具有至少一个气道和安装在该面罩上的附件，该面罩由上述设备制成或包含上述设备，条件是该设备的出口通缝或孔面向气道，入口通缝或孔面向周围大气，并被透气过滤器覆盖。
可选地，可以在面罩与出口通缝或孔之间附加透气膜或过滤器，并且入口通缝或孔另外由呼吸阀封闭。
为了达到这一效果，还要求保护一种空气消毒设备，包括进气和强制抽气装置、排气喇叭口和上述设备。设备入口通缝或孔面向进气和抽气装置，出口狭缝或孔面向排气喇叭口。
附图说明
要求保护的发明组的本质通过以下图形材料解释。
图1显示了要求保护的设备的基本总体设计方案；在图2中-基于根据图1的设备的个人呼吸保护设备(RPE)的基本设计方案；在图3中-RPE的供电方案；在图4中-基于根据图1的设备的具有强制再循环的空气消毒(移动)设备的基本设计方案；图5显示了以原始源的强度为单位的多通(multi-pass)照射室中光场强度的增加与内表面反射系数的相关性(平均通过次数n＝10，20)；在图6中-以原始源的强度为单位的多通照射室中光场强度的增加与平均辐射通过次数的相关性(内表面的反射系数R＝0.90-0.99)。
具体实施方式
要求保护的发明组基于现有科学和技术实践中众所周知的利用波长为200-280nm(UVC光谱)的紫外线辐射处理污染空气的原理。与现有技术方案的根本区别在于使用多通光学系统(多通气流照射室)作为要求保护的设备的主要单元(元件)。这使得在灭活设备室的内部容积中可以获得相对于光场源的初级强度反复增强的强度，结果，反复降低对紫外线辐射源功率的要求。
在这种情况下，实现结果的可能性是由于使用具有内反射表面的多通(沿光路)照射室允许获得参与在室的内部容积中产生光学消毒场的光子的多次反射，因此，照射室中的光场功率Wλ将由不同生成的离散系列波组成。
实际上，辐射源的功率是W＝I×hν，其中I是每单位时间发射的光子数(通量)，hν是它们的能量。如果一个光子一旦沿着它的平均路径穿过室的容积，那么光场的功率等于源的功率。但是，如果光子在通过空气狭缝丢失之前平均经历n次反射，则光子通量为I＝I0+I0R+I0R2+...+I0Rn-1≈I0×(1-Rn)/(1-R)。这里R是内镜表面的反射系数，它决定了壁在每次反射生成中光子在n次通过离开室之前的光子吸收损失(对于平均光子)。反过来，对于一个内径为6cm、长度不超过9cm的圆柱形室，计算模型中照射室的表面积将为2πd2/4+πdL≈225cm2，容积πd2L/4≈250cm3。因此，根据前面获得的相似度公式(a)，参数Ev≈Ev(V0)/|ln(V/V0)|≈300/|ln(400/250)|≈640μJ/cm3。应该注意的是，出于人体工程学、易于操作、维护和工程考虑的原因，为了计算的清晰性，给出了上述室参数(在使用要求保护的灭活设备作为RPE的一部分的示例中)。
参考图1，灭活设备由具有侧壁和端壁(2)的外壳(1)、UV LED(3)、壁的UV反射涂层(4)和端壁中的导气狭缝/孔(5)组成。本质上，图1示出了圆柱形设备的一个版本，在实际制造方面是技术上最可行的。然而，对于专家来说，显然设备室的具体形式在性能和达到预期结果方面是可选的，并且主要取决于特定生产的技术和技术能力。
在实际变体中，灭活室壁内表面的UV辐射反射的可能性可以实现，例如，通过使用施加或胶合到壁的内表面的各种涂层-特殊处理的MgF2或其他合适的铝箔、薄金属片、银或金膜等试剂。基于[6]的涂层的选择示例如下表1所示。
表1
名称、尺寸 特征和特点 价格
反光铝镜板，A级1000*120*0.4mm ～95％反射率，9％漫反射率 65c.u./张
反光铝镜板，A+级1000*100*0.4mm ～99％反射率，3％漫反射率(超级镜面) 100c.u./张
反光铝镜板，A级500*120*0.4mm ～95％反射率，9％漫反射率 40c.u./张
反光铝镜板，A级500*100*0.4mm ～95％反射率，9％漫反射率 35c.u./张
反光铝镜板，B级1000*120*0.8mm ～90％反射率，10％漫反射率 135c.u./张
表1清楚地表明，使用反射系数高达99％的UV反射器在工业上是可行的。
作为使用具有紫外线辐射光谱的LED的示例，参考[8]，我们可以提到LEUVA66H70HF00系列的LED G6060，其波长为278(270-285)nm，辐射功率为70-110mW，6.5V，350-500mA，尺寸为6.0×6.0×1.35mm。
对专家来说很明显，也可以在一个或不同的板上以一组二极管的形式使用LED组合，包括将此类LED定位(固定)在照射室的内部容积中不同点的可能性。对于类似的实施，例如，请参考SMD 3535LED型号JZ-UFDC3535FFQUSC-R0，波长为275(265-285)nm，电流为100-150mA，6V，辐射功率为12MW，尺寸为3.6×3.6×1.62mm，[9]。
将参考图2考虑在RPE的框架内实际实施要求保护的灭活设备的可能性，其中以下位置用数字表示：RPE面罩-6；UV-LED电源-7；可拆卸的外部过滤器-8；透气滤网-9。在结构上，作为RPE的一部分的灭活设备可以被设计为，例如，在鼻唇三角区域中的设备-呼吸器的呼吸部分的附件。灭活设备也可以制成安装在位于RPE的面罩(外壳)上的附件中的可更换盒的形式。吸入的空气通过外部过滤器(8)进入类似于法兰的空气狭缝，以减少照射室容积散射和反射期间的辐射损失。一个类似的圆形狭缝用于使受辐照的空气进入呼吸器官。呼气时，气流以相反的方向流过同一个室，即吸入和呼出的空气都以几乎相同的效率进行消毒。
带有灭活设备的RPE还可以设计成带有面罩(visor)和在入口过滤器后面用于吸气和呼气的两个阀门-在透明面罩下方，具有从照射室向上的已消毒空气出口的独立管道。在这个版本中，经过UV处理的呼出空气在面罩下持续流入，在遮盖物泄漏的情况下为眼睛的粘膜形成保护层(减速气流的压力增加)。面罩本身可作为阻挡被感染的气溶胶直接进入眼睛的屏障，以及在压力增加的情况下形成被照射的呼出空气的保护层的手段。也可以使用带有塑料或玻璃透明窗的全面罩呼吸器(过滤器类似物：STALKER-25、3M6900过滤器6057等)和通过呼吸型设备(如上所述)或通过带有垂直照射室的顶部喷嘴的空气供应，类似于游泳面罩。最新改进的垂直喷嘴可配备更大尺寸的多通照射室、呼气阀和增压风扇，以增加设备长时间佩戴时的舒适度。
灭活设备端部狭缝/孔尺寸的选择问题，一方面在于从保证呼吸舒适的条件的实际领域，另一方面要保证在室的内部容积中光子的存在。根据[7]中公布的数据来看，人肺的平均空气消耗量，取决于身体活动和情绪状态，在每秒吸气和呼气流速为ν～500-2000cm3/秒的范围内。根据该数据，计算人呼吸期间通过照射室的最大空气流量(狭缝/孔的尺寸)，可以根据表2，通过肺通气平均实验数据、成年人的真实耗氧量和发热量进行指导。
表2
Figure GDA0004068316270000081
例如，类比配备可拆卸滤尘器的呼吸器，为了呼吸的舒适，我们会选择两倍大的进气狭缝面积，因为在这种情况下有两个狭缝，因此有两个液压阻力。标准呼吸器的进气/排气面积约为3cm2。因此，该设备有两个狭缝，每个狭缝6cm2。可能的辐射损失(泄漏)的总面积约为12cm2。这使我们能够估计在离开多通室之前的平均光子通过次数，作为整个反射表面积与泄漏孔面积的比率。因此，n～225/12≈18-19次反射(通过室)。
让我们确定由于照射室中的多通反射系统引起的光场(通量)强度的增加：反射系数R＝0.95和0.99时的I/I0。对于0.95，增加量约为12，对于0.99，增加量约为16.5。差异不是很显着。在进一步的计算中，我们将取这个系数为15。因此，根据吸入的空气消耗量，室内光场的功率为：Wλ＝Ev×ν≈0.3-1.2W，因此，RPE(面罩)所需的发射器功率为20-80mW。
要求保护的灭活设备的应用的实际变体也可以是具有低能耗的小型空气再循环UV设备，具有高技术和价格可用性，可用于运输(地铁和铁路客车、公共汽车和小巴车厢、水和空气运输舱和沙龙、私人车辆、军事和特殊设备)。该设备的电路图如图4所示，其中以下位置用数字表示：10-电动机；11-风扇；12-进气喇叭口；13-排气喇叭口；14-辐射屏蔽；15-可拆卸过滤器；16-支撑架。与RPE的情况一样，该设备基于图1的灭活设备，具有气流的多通UV照射室。
该设备被设计为用于恒定的相当高的气流，通过使用风扇和电动机进行强制循环。气流是根据在可接受的时间内对给定的空房间(容积)中的空气进行消毒的可接受时间计算的；并且还根据房间里的人，取决于他们的呼吸节奏，取决于他们的活动类型以及该设备每单位时间将灭活至少与所有存在的病毒粒子在被感染时可能会排放某种类型的病毒粒子一样多的条件。为了优化设备的运行，可以在照射室中实施具有多个空气泵送速率和多个UV源的多级运行模式。照射室组织的原理与以前的RPE设备没有区别。这是一个多通光学谐振器，沿法兰带有用于泵送空气的槽孔。
作为参考图4的此类设备的示例，建议使用一组3个每个全功率为1W的UVC LED-UVC G6060，中波波长为260-275nm(功耗为1-3W，光功率约为70-110mW，制造商的价格为70-90$)[8]。在20升/秒的抽气模式下。(相当于40人的平静呼吸)对于照射室尺寸d＝10cm/L＝30cm提供具有双链DNA的病毒粒子高达99.0％的灭活或病毒粒子(如COVID-19)保证99.9％的灭活。
该设备消耗大约20-25W的电力。其中主要部分由风扇所占(约60-70％)。该设备可以通过板载(6、12、24V)或带有适配器、板载电池或自有自主电源的通用电网运行。例如，相同的杀菌效果将需要5-7W的灯再循环器光功率，没有多通照射室(根据[5]计算)，能耗约为100W(约70％为发射器)。这种设备的重量和尺寸会大得多。
要求保护的发明组的杀菌效果由于多通光气流照射室的应用而增加，因此，光场强度的增加通过图5和图6中取决于反射系数和平均反射(通过)次数的光场强度的增加曲线图清楚地说明。从所呈现的曲线图中可以看出，基于计算和实验模型，要求保护的技术方案的应用，即在具有在UVC发光二极管上的UV照射的RPE或移动空气再循环器中布置单独的多通光学照射室，可以将实现所需灭活参数所需的主要源的功率降低一个数量级以上。很明显，设备的能耗和寄生热的产生以及它们的成本都以相同的比例降低，这使得它们的生产和运行在技术上是可行的，在经济上是有吸引力的。
参考
1.《Inactivation of Virus-Containing Aerosols by UltravioletGermicidal Irradiation》,Article in Aerosol Science and Technology·December2005,DOI:10.1080/02786820500428575.
2.Christopher M.Walker GwangPyo Ko Effect of Ultraviolet GermicidalIrradiation on Viral Aerosols,2007.
3.2005年7月27日的实用新型专利RU 46 664，НовожиловА.А,ПавловаЕ.К.
4.2018年2月7日的发明专利RU 2644097，СмотровА.Ф.,ГлушкоН.Г.,РымарьЯ.А.
5.https://retailengineering.ru/raschet-kolichestva-obluchatelej-recirkulyatorov-medicinskix/
6.https://www.uv-expert.ru/catalog/komponenty-uf-sistemy/otrazhatel-dlya-uf-lampy/.
7.Физиологиячеловека.В3-хт.Т.2.Персангл./Подред.Р.ШмидтаиГ.Тевса.—М.:Мир,1996.—313с.:ил.—ISBN 5-03-002544-8.
8.https://www.lasercomponents.com/de/？embedded＝1&file＝fileadmin/user_upload/home/Datasheets/lg/leuva66h70hf00_278nm_high_power.pdf&no_cache＝1
9.https://aliexpress.ru/i/33021565263.html？spm＝a2g0v.12057483.0.0.52c7610cdt24Tl.

Claims (8)

1.一种用于灭活气流中的病原微生物的设备，以流通室的形式制成，该流通室具有内部容积和至少一个限制该内部容积的壁，至少一个紫外线辐射光谱的LED位于所述室的内部容积中，而至少一个特定壁的整个内表面被涂覆或由反射紫外线辐射的材料制成，以形成多通光学系统。在至少一个特定壁上形成至少两个通缝或孔，其中一个基本上是入口，第二个是来自空气流过所述室的内部容积的条件的出口。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还配备有LED电源。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述室由圆柱形、球形、半球形、具有曲面相交的简单或复杂几何形状制成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其特征在于，所有狭缝或孔的总面积与至少一个特定的室壁的内表面的整个面积的比率在吸气/呼气或抽气期间根据气流通道的条件可选地最小。
5.一种个人呼吸保护设备，以至少覆盖呼吸器官的面罩的形式制成，具有至少一个气道和安装在面罩上的附件，该个人呼吸保护设备设备由权利要求1-4中任一项所述的设备制成或包含权利要求1-4中任一项所述的设备，条件是该个人呼吸保护设备的出口通缝或孔面向气道，入口通缝或孔面向周围大气并被透气过滤器覆盖。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，透气膜或过滤器另外地位于所述面罩和所述出口通缝或孔之间。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述入口通缝或孔另外地由呼吸阀封闭。
8.一种空气消毒设备，包括进气和强制抽气装置、排气喇叭口和权利要求1-4中任一项所述的设备，入口通缝或孔面向进气和抽气装置，出口狭缝或孔面向所述排气喇叭口。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11806558B2 (en) 2020-06-26 2023-11-07 Clear Blew Body-worn air-treatment devices and methods of deactivating pathogens
WO2022060238A1 (ru) * 2020-09-17 2022-03-24 Михаил Юрьевич ВИНОКУРОВ Устройство для обеззараживания воздуха
RU201261U1 (ru) * 2020-09-21 2020-12-07 Олег Леонидович Грицай Портативное устройство для обработки воздуха
US11744913B2 (en) * 2020-11-05 2023-09-05 Bolb Inc. Fluid conduit disinfector
RU2749123C1 (ru) * 2020-12-17 2021-06-04 Остаров Юрий Юсуфович Защитная маска с бактерицидной обработкой воздуха
RU202443U1 (ru) * 2021-01-22 2021-02-18 Николай Николаевич Лебедь Портативный дезинфектор воздуха
CN113041373B (zh) * 2021-04-29 2023-09-08 北京航天三发高科技有限公司 一种切削液紫外线消毒装置及其消毒效率的确定方法
RU2769221C1 (ru) * 2021-11-15 2022-03-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Индивидуальная многоразовая защитная маска с ультрафиолетовым облучателем воздуха
WO2023154965A2 (en) * 2022-02-14 2023-08-17 XCMR Inc. Symmetrical flow respirator

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6497840B1 (en) * 1992-10-09 2002-12-24 Richard P. Palestro Ultraviolet germicidal system
CN2643897Y (zh) * 2003-06-20 2004-09-29 重庆中电大宇卫星应用技术研究所 携带式消毒灭菌空气净化器
CN1655832A (zh) * 2002-05-20 2005-08-17 西奥多·A·M·阿尔茨 空气净化装置
CN102327637A (zh) * 2011-08-25 2012-01-25 佛山柯维光电股份有限公司 一种多功能led紫外空气消毒方法及其装置
CN202209742U (zh) * 2011-08-25 2012-05-02 佛山柯维光电股份有限公司 一种高效的空气消毒杀菌装置
RU144349U1 (ru) * 2013-11-22 2014-08-20 Закрытое акционерное общество Производственная компания "Лаборатория импульсной техники" Устройство обеззараживания воздуха
CN104755111A (zh) * 2012-11-19 2015-07-01 株式会社德山 空气净化装置
US20160001108A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 Ling Zhou Breathing apparatus with ultraviolet light emitting diode
WO2016057881A1 (en) * 2014-10-10 2016-04-14 The Johns Hopkins University Clean air pillow
CN105852279A (zh) * 2007-04-03 2016-08-17 医疗免疫有限公司 保护装置
CN105963731A (zh) * 2008-12-19 2016-09-28 北卡罗来纳大学夏洛特分校 用于使用点辐射源进行流体的细菌消毒的系统和方法
RU173502U1 (ru) * 2017-03-22 2017-08-29 Общество с ограниченной ответственностью "Нижегородский институт прикладных технологий" Защитная медицинская маска
CN209967465U (zh) * 2019-05-15 2020-01-21 青岛优威迪光电科技有限公司 一种紫外消毒口罩

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5165395A (en) * 1992-02-14 1992-11-24 Ricci Mark R Ultra-violet germicidal mask system
RU46664U1 (ru) 2004-10-21 2005-07-27 Новожилов Алексей Александрович Респиратор
RU2404816C1 (ru) * 2009-09-29 2010-11-27 Открытое акционерное общество "DOMO" Средство индивидуальной защиты от вирусной инфекции
US20140360496A1 (en) * 2013-06-06 2014-12-11 Harvey Reese Personal health device
JP6124956B2 (ja) * 2015-07-22 2017-05-10 株式会社トクヤマ 衛生マスクシステム
RU2644097C1 (ru) 2016-09-28 2018-02-07 Александр Федорович Смотров Дыхательное устройство, маска индивидуальная защитная (варианты), портативное устройство обработки воздуха
CN206587294U (zh) * 2017-03-02 2017-10-27 张利峰 一种空气净化杀菌防雾霾口罩
CN106890402B (zh) * 2017-05-08 2023-01-24 东方万佳科技有限公司 有害颗粒状污染物过滤口罩

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6497840B1 (en) * 1992-10-09 2002-12-24 Richard P. Palestro Ultraviolet germicidal system
CN1655832A (zh) * 2002-05-20 2005-08-17 西奥多·A·M·阿尔茨 空气净化装置
CN2643897Y (zh) * 2003-06-20 2004-09-29 重庆中电大宇卫星应用技术研究所 携带式消毒灭菌空气净化器
CN105852279A (zh) * 2007-04-03 2016-08-17 医疗免疫有限公司 保护装置
CN105963731A (zh) * 2008-12-19 2016-09-28 北卡罗来纳大学夏洛特分校 用于使用点辐射源进行流体的细菌消毒的系统和方法
CN102327637A (zh) * 2011-08-25 2012-01-25 佛山柯维光电股份有限公司 一种多功能led紫外空气消毒方法及其装置
CN202209742U (zh) * 2011-08-25 2012-05-02 佛山柯维光电股份有限公司 一种高效的空气消毒杀菌装置
CN104755111A (zh) * 2012-11-19 2015-07-01 株式会社德山 空气净化装置
RU144349U1 (ru) * 2013-11-22 2014-08-20 Закрытое акционерное общество Производственная компания "Лаборатория импульсной техники" Устройство обеззараживания воздуха
US20160001108A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 Ling Zhou Breathing apparatus with ultraviolet light emitting diode
WO2016057881A1 (en) * 2014-10-10 2016-04-14 The Johns Hopkins University Clean air pillow
RU173502U1 (ru) * 2017-03-22 2017-08-29 Общество с ограниченной ответственностью "Нижегородский институт прикладных технологий" Защитная медицинская маска
CN209967465U (zh) * 2019-05-15 2020-01-21 青岛优威迪光电科技有限公司 一种紫外消毒口罩

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Publication number Publication date
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