CN116648269A - 通过在气流中发射紫外辐射屏障的空气卫生装置 - Google Patents

Abstract

装置(1)旨在通过生成基本上由叠加下降的垂直层流气流(33)和同样向下引导的周边界定的紫外辐射束(22)组成的灭菌屏障来用于受限环境中的空气卫生。装置(1)具有简化的设计和小尺寸，包括用于在受控且湿润的温度下输送垂直层流气流的装置(30)，以及邻近这样的输送装置(30)的用于向外部发射紫外辐射束的一个或多个源(20)，该紫外辐射束的波长被适当选择以提供高杀菌作用并且不会对人类构成风险。因此，这种基本叠加的气流(33)和紫外辐射束(22)形成具有高灭菌能力并能够生成受限区域的屏障。因此，由此构思的装置(1)适用于安装在通常拥挤的受限环境中，其中病原体的传播以及因此传染的风险将被降低。特别适用于公共场所诸如办公室、餐厅、各类公共设施以及交通工具。

Description

通过在气流中发射紫外辐射屏障的空气卫生装置

技术领域

本发明涉及用于空气卫生和消毒的杀菌设备的技术领域。

特别地，本发明涉及一种用于通过在气流中生成紫外辐射屏障来进行空气消毒的装置。

背景技术

进行人类活动或通常存在高人为浓度的受限环境，诸如办公室、等候室、餐厅、公共交通等，可以为病原体的繁殖和传播产生理想的条件。在这种情况下，空气可以充当此类病原体的载体，从而成为传播传染病条件的手段。

事实上，众所周知，密闭空间内的空气质量与居住在其中的个体的健康之间存在密切的相关性。例如，“病态建筑综合症”识别出与通风不良以及通常室内空气质量下降相关的病理病症；此外，根据欧洲疾病预防控制中心(European Centre for DiseasePrevention and Control)的估计，欧洲每年仅因甲型和乙型流感病毒而死亡的人数就达15,000至70,000人，而这些病毒主要通过空气传播。

根据最近的文献，病毒和/或细菌感染通过空气的传播是由微小颗粒的传播引起的，这些微小颗粒通过呼吸、咳嗽或打喷嚏以气溶胶的形式发射，其尺寸为微米级。特别地，由于构成此类气溶胶的大多数颗粒尺寸较小，直径甚至可以达到小于1μm，它们在空气中的停留时间可以持续数小时。

众所周知，病原体诸如细菌、病毒、真菌等可以通过暴露于UV辐射来灭活。在这方面，通常用于环境消毒的设备使用发射波长为约254nm的辐射的UV灯，然而，这种辐射对人类的危险已被证明。

作为上述广泛且常用的杀菌UV灯的替代，为了降低对人类的风险，近来已出现准分子灯的普及,或由处于激发态的不稳定分子复合物(即准分子)自发发射产生的窄带UV辐射源，其主要由惰性气体的二聚体或与惰性气体原子结合的卤素原子组成。在环境卫生领域，除了高效率和高强度之外，这些装置还可以发射远UV波长辐射，其对人类无害的性质已被确定。特别地，为此目的制造的灯，借助于波长等于222nm或175nm的光发射来发挥其抗菌作用，允许它们在人群稠密的环境中使用。在此背景下，文献US2020030469A1报道了一种由222nm的准分子灯组成的用于空气和表面灭菌的装置，甚至建议将其应用于表皮以获得其快速消毒。然而，目前这种灯主要用于照明系统的实施，因此它们不能提供每单位空气体积的光子密度，以确保整个环境的卫生。

文献KR20130034192中报道了一种用于密闭空间中的空气卫生的系统，其基于通过生成UV线帘进行消毒。所描述的系统提供了一种用于对通常拥挤环境的通道区域进行消毒的解决方案，并且包括固定框架，在该固定框架内定位有UV灯，其生成紫外辐射帘，旨在减少或最小化外部病原体的渗透。这样的系统虽然可以防止病毒和细菌在传播环境之间扩散，但考虑到辐射对人类的毒性，当相关环境有人居住时就无法使用。此外，该系统效率低下，因为如果空气快速穿过由该装置产生的UV屏障，UV线不会在经过的空气上作用足够的时间来对其进行消毒。

KR201100031810中描述了用于密闭环境中的空气卫生的另一种系统，其包括UV光源。在该系统中，并未产生UV帘，而是通过鼓风机产生了先前通过UV暴露消毒的空气帘。鼓风机位于容器本体内部，容器本体具有进气口和出气口，进气口处设有第一UV线源，出气口处设有第二UV源。出气口允许空气排出，其以帘式气流从鼓风机排出，将经过消毒的空气引入环境并影响通过它的人。顺便提及，由第二UV源发射的UV辐射不被限制在容器体内，而是也从出口开口离开。然而，离开出口开口的UV辐射不在帘中形成准直束，而是以低浓度的UV线漫射地离开。这也可以从以下事实中明显看出：出口开口被格栅元件部分地封闭并且第二UV线源布置在装置内部在鼓风机和至少部分地防止空气和UV线通过的上述格栅元件之间。因此，该文献中描述的装置中不产生帘式UV线屏障。本质上讲，该装置的工作原理是对暴露于UV线的通过装置内部的空气进行消毒，并且然后将其重新引入经消毒的环境中。只是顺便说一下，有UV线出口到外部。此外，如之前讨论的专利KR20130034192的情况，装置外部发射的UV辐射可能对人类有害，因此该装置不适合在装置外的UV辐射扩散区有人的情况下使用。

如文献US2012199003A1所报道的，可以借助于过滤/通风系统减少环境中传染性生物剂的扩散，该系统生成向上的气流，并且主要用于在医疗相关房间中的患者周围构建部分隔离区域。在这种情况下，另一方面，任何病原体都被向上吸入并且不被灭活，因此这种类型的空气屏障的产生与环境消毒不一致。

通常，现有技术的解决方案不提供密闭环境中的空气卫生系统，其基于与环境的群体条件相容的病原体扩散的最小化和灭活。

发明内容

鉴于前述，根据本发明的装置的目的是提供用于密闭空间中的空气消毒和卫生的解决方案，其也可以在环境本身的拥挤条件下运行。

本发明的另一个目的是提出装置，该装置虽然由易于获得和低成本的单元形成，但确保了高灭菌作用。

此外，本发明的目的是提出具有简化设计的装置，该装置允许简单且直接的安装，而不需要对现有建筑和家具领域进行侵入性干预。

本发明的另一目的是提供与各种灯的并入兼容的通用装置。

所列目的以及下文将变得明显的其他目的是借助于空气卫生装置实现的，该装置包括主体，所述主体设置有一个或多个紫外辐射发射灯和用于强制空气循环的装置，其特征在于,所并入的紫外辐射发射灯诸如生成波长范围在170至230nm之间的电磁辐射并且被布置成使得该装置向外发射帘式电磁辐射束，其中用于强制空气循环的装置包括通道装置，诸如生成也叠加在所述电磁辐射束上或基本上邻近所述电磁辐射束的输出帘式气流。

由此，该装置借助于与向下引导的气流相关联的二维紫外辐射屏障来执行其卫生作用，其凭借辐射的外围限制和所选择的波长使其适合在常见人群稠密的环境中操作。

根据本发明的装置提供的主要优点在于在紧凑的装置内获得高消毒效率，因此该装置可以容易地安装在狭小的环境中。事实上，与UV帘基本共面的帘式气流具有双重功能：它显著增加了空气在UV线帘中被消毒的时间，因此具有更多的时间发挥其消毒作用；并通过将病毒颗粒引向地面来降低任何病毒颗粒被呼吸系统吸入的可能性。

举例来说，根据本发明的装置适用于等候室或希望在相邻站之间具有分隔元件的一般公共场所。事实上，考虑到茶点区的桌子或等候室的座位，气流中的UV屏障在某种意义上作为相邻区域之间限制的元件，以确保极小化相邻地点之间感染原的扩散，并实际上提高公共场所的安全水平。

附图说明

从对本发明的优选实施方式的以下描述及其一些变型的以下描述，本发明的这些和其他方面和优点将是可理解的，这些描述是借助于非穷尽的实例并借助于附图来提供的。

-图1示出了根据本发明的通过在气流中生成紫外辐射屏障的空气卫生装置的示意性侧视图；

-图2示出了图1的装置的前视图；

-图3是图1中的装置的实施方式变型的示意性侧视图；

-图4是根据本发明的装置的实施方式变型的可能应用的示意图；

具体实施方式

参考图1和图2，示出了本发明的可能的实施方式，其由具有由1指示的整体长型本体的装置表示。

装置1包括构成主体10的支撑框架，其容纳至少一个UV辐射源20和用于强制空气循环的装置30。

主体10包括两个侧壁，在其高度处形成有限定空气入口的至少一个开口11。强制空气循环装置30布置在主体10内部的开口11处，旨在引导装置内部的空气流。优选地，它们包括格栅，例如由多个槽组成的金属类型的格栅，其可以被放置成与容纳过滤系统的前室连通。这种过滤系统(未示出)充当用于减少入口空气的传染性和污染负荷的第一元件。事实上，它可以由高效颗粒过滤器组成，或者由能够吸附不需要的气体和颗粒的任何过滤介质或装置组成。

详细地，强制空气循环装置30包括通风装置31，通风装置位于主体10内部靠近空气入口的位置，被设计成吸入装置内部的空气。有利地，通风装置31容纳在静音室内。根据优选实施方式，所述通风装置31是离心式风扇，另一方面，这不排除使用与所示不同的抽吸机构，或者存在用于将装置连接到压缩空气循环系统的附接装置，或者甚至在装置中存在压缩空气容器，因为在后两种情况下，装置内不需要存在通风机构。

此外，强制空气循环的装置30包括引导装置内部的气流的通道装置(未示出)。后者可以由不同的材料制成并定义可变的路径。例如，它们可以由金属、复合材料或热塑性材料制成，并确定由适当定向的板或螺旋路径限定的曲径(labyrinth)。无论它们的设计和材料如何，它们的功能都是使气体入口区域与出口区域连通。

应当注意，在这个意义上，这种强制空气循环的装置30在下游与空气本身的输送装置32相关联，其与外部连通并用于以垂直层流33供应出口空气，从而生成气体帘。例如，在人在装置附近打喷嚏的情况下，垂直层流33将受到气溶胶流的冲击，这将扰乱它一段时间，将垂直空气叶片与气溶胶颗粒混合，并为气溶胶提供垂直速度分量，即向下偏离。从而气溶胶流将在UV线的作用体积中停留更长时间，从而大大提高了装置的卫生效率。显然可以使用各种各样的形状和尺寸的输送装置32。在当前具有长型本体的装置的情况下，它们确定为通过沿着装置本身的长度延伸的纵向开口。

优选地，所述空气输送装置32与输出流速控制机构相关联，该输出流速控制机构适于调节气流的供给速度，以便最小化对环境的干扰并降低湍流的风险。

根据本发明的装置还包括与空气供应装置32相关联的用于控制温度和湿度量的装置，诸如电阻器和喷雾器喷嘴(未示出)，被设计成提高输出气流的温度，同时对其进行加湿。另外，可以设想后者与控制装置相结合，以使得所述温度和湿度量控制装置能够在一定距离处操作和保持。输送装置32与用于控制温度和湿度量的装置的关联的效果是双重的，一方面，由于颗粒的较大密度的影响，确保了气流的向下运动，另一方面，考虑到已知的病毒载量在超过25℃的温度下会衰减，卫生效果得到增强。

主体10还容纳一个或多个源20，用于发射波长在170至230nm之间的紫外辐射，或具有高杀菌能力且降低对人类的毒性或对人类无毒性的波长范围的辐射，并且同时降低与空气中的氧气相互作用，从而不产生或至多产生非常有限量的臭氧，如现有技术的多个文献所报道的。根据当前技术，有利地可用的源例如是在约222nm的窄范围内发射的KrCl准分子灯或在约175nm范围内发射的Xe₂准分子灯。这种源20位于中央主体10的下部、通道装置的下游并且靠近输送装置32。特别地，它们安装在主体10的底座上方。在所示的图中，紫外辐射直接向外传播，产生向下方向的光束22；替代地，主体10的下部可以由壁界定。有利地，这样的壁对紫外辐射是透明的，使得在这种情况下，面对它的源也以向下的方向朝向外部辐射光束22。

根据本发明的有利实施方式，前述源20由准分子灯组成，即在上面指出的范围内的窄带UV辐射发射源，其具有高功率、高效率并且容易在市场上获得。选择这种类型可确保在减少环境病毒和细菌负荷方面具有高性能，同时保证生产和维护成本的限制。

根据所讨论的实施方式，所讨论的源20是在主体10内纵向布置的线性形状的准分子灯。另一方面，不排除使用不同形状和性质的其他紫外辐射源。在当前情况下，替代实施方式可以包括使用高杀菌功率UV LED模块或者仍然是激光束源。

在所描绘的实施方式中，其中源20不是诸如产生准直或以其他方式定向的光束的类型，源20被容纳在包括反射机构21的容纳装置(未示出)内，该反射机构适于在周边界定所发射的辐射并将其沿特定方向向外引导，以便产生所发射的辐射束22的帘形状。源20与结构和光学元件诸如上述反射机构21的关联对于引导和限制辐射至关重要。因此，事实上，确保了向外发射帘式电磁辐射束，由于源20靠近输送机构31，该电磁辐射束基本上与由输送机构供给的垂直层流气流33叠加。

显然，与所示源性质不同的源可能需要不同的辅助光学器件。举例来说，激光源可以优选地与镜(诸如检流计镜(galvanometric mirror)或旋转镜)相关联，而UV线LED模块可以优选地与TIR透镜相关联。

优选地，根据本发明的装置包括与源20相关联的传感器机构，其被设计成检测发射的辐射束22附近的身体。如果穿过UV屏障，则此类传感器机构负责中断光发射，以防止辐射直接影响人或物体。因此，与辐射暴露相关的本来就很小的风险几乎被消除了。

本发明的优选但非排他性或限制性实施方式包括辅助反射器组件40，其形成与主体10分离并且位于源20下方并与其相距一定距离的单元。特别地，辅助反射器组件40在平行于主体10的长度的纵向方向上延伸。其被设计成使得相对反射表面朝向源20定向，使得发射的辐射照射所述反射表面而返回到源。其结果是产生具有高光子密度的UV线帘，在消毒作用方面具有增强的效果。

仅作为实例，主体10具有约1米的主要纵向延伸方向并且位于距平行于主体布置的所述反射器系统40约1米的位置，使得所得的UV帘具有1x1m的尺寸。其厚度可以忽略不计，甚至几厘米。

组件40的反射面可以由各种种类的材料制成，只要它们具有亮度、致密性和对紫外辐射的高反射率的特性即可，诸如铝或PTFE。

在所讨论的实施方式中，辅助反射器组件40形成与主体10分离的单独单元；替代地，根据实施方式变型，它可以安装在基本上为矩形形状的单个支撑框架内，该支撑框架在上部支撑主体10并且在下部支撑组件40。

参考图3，描绘了实施方式变型，其中仅讨论相对于上述实施方式的差异。

所讨论的变型具有形成在主体10的侧壁之一中并限定空气入口的两个相邻开口。详细地，这种变型包括双强制循环和空气通道系统，每个系统优选地容纳在单独的室内。每个通道系统确定与其输送机构相关联的下游空气运输路径。由此，生成两个相对的垂直层流气流，它们向下引导并确定相同尺寸的平行表面。值得注意的是，这种配置中的两个气流允许进一步限制紫外辐射，源20位于双通道系统的下游，在相对的输送机构之间的中间位置。

参考图4，实施方式变型的可能应用包括在公共房间诸如等候室的天花板上安装多个装置。在这种情况下，每个具有与UV线光束22相关联的相对气流发射33的相邻装置生成用于容纳单个座椅的受限区域。所讨论的变型不包括与主体10分离并且针对优选实施方式进行了描述的反射器系统，但这并不影响预期目标的实现。

根据本发明的装置借助于两个原理的协同作用实现上面列出的目的，使用向下的垂直层流气流旨在向下引导环境空气中所固有的污染颗粒，并且实际上叠加在所述气流上的连续紫外辐射束的生成被赋予高杀菌能力。帘式气流与同样呈帘状且基本共面的紫外辐射叠加的协同作用在于气流能够延长空气颗粒经过紫外辐射作用空间的停留时间，从而大大提高装置的卫生效率。此外，如前所述，有利地选择由源20产生的辐射的波长以便不对人类构成任何风险，同时提供高灭菌作用。尽管如此，为了减少与人和/或物体的任何直接接触，该装置设置有传感器，该传感器设计用于在接近的物体穿过屏障的情况下中断辐射的发射。由此可见，根据本发明的装置满足在人群稠密环境中安装的现行最严格的安全标准。

根据另一实施方式变型，主体10内包括另外的紫外线源，以用UV辐射来辐射由强制空气循环装置30产生的气流，与现有技术的装置中的情况一样，该UV辐射保持限制在主体10内部。上述另外的紫外线源可以是常规使用的发射波长约254nm的辐射的类型，因为由后者发射的UV线对通过装置主体10的气流进行消毒，而不会发射到外部，并且因此不会对人类造成风险。

鉴于上述情况，所描述的装置几乎用于需要遏制空气传染的每个区域，并且在这种情况下，需要在站点或不同区域之间提供具有隔离屏障的空间。鉴于尺寸小且结构简单，可以设想将其安装在例如等候室、电影院或公共交通工具中以分隔相邻座位，并且类似地安装在食堂、餐厅或甚至其他通常拥挤的受限环境中。构造上的简单性允许提出根据本发明的装置作为广泛使用的有机玻璃屏障的有效且更有效的替代，特别是对于在诸如药房的公共必需操作中限制操作者。

显然，由此构思的装置易于进行多种修改和变化。实际上，结构细节、尺寸和所使用的材料可以广泛地改变或替换，而这并不必然背离由以下权利要求阐明的保护范围。

Claims (9)

1.空气卫生装置(1)，包括主体(10)，所述主体设置有发射紫外辐射的一个或多个源(20)和强制空气循环的装置(30)，其特征在于，发射紫外辐射的所述源(20)使得生成波长范围在170至230nm之间的电磁辐射，并且被布置成使得所述装置(1)向外发射电磁辐射帘束(22)，并且所述强制空气循环的装置(30)包括用于生成输出气流(33)的通道装置，所述输出气流同样为帘状，叠加在所述电磁辐射束上或基本邻近于所述电磁辐射束。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括反射机构(21)，所述反射机构布置在所述发射紫外辐射的源(20)周围，适用于在周边限制并引导由所述源(20)发射的辐射。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于控制所述输出气流的温度和湿度量的机构，旨在增加所述输出气流(33)的温度和湿度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于检测所述电磁辐射帘束(22)附近的身体的传感器机构。

5.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，在所述身体或物体穿过所述电磁辐射帘束(22)的情况下，被指定用于检测所述电磁辐射帘束(22)附近的身体的所述传感器机构引起所述束(22)的中断。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括辅助反射器组件(40)，所述辅助反射器组件放置在所述主体(10)的外部并且与其相距适当的距离，朝向发射紫外辐射的所述源(20)定向，以这样的布置将由所述源(20)发射的入射射线反射并返回至所述源(20)。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述强制空气循环的装置(30)包括容纳在所述主体(10)中的至少一个风扇(31)。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述强制空气循环的装置(30)包括压缩空气容器。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括包含在所述主体(10)内的另外的紫外线源，用于用保持限制在所述主体(10)内的UV辐射来辐射由所述强制空气循环的装置(30)产生的气流。