CN118139651A - 流体净化循环器 - Google Patents

Abstract

通过具有以螺旋状形成有流体的路径的中空圆管的流体净化循环器，通过紫外线照射使流体中的有害微生物灭活。在中空圆管的内表面施行反射紫外线的表面处理。设置防止从中空圆管的两端向外部的紫外线的放射的防放射手段。仅在从中空圆管的密闭容器的流体入口侧端部起中空圆管的流路长度的大致1/2的距离、在中空圆管的内壁设置紫外线LED元件。

Description

流体净化循环器

技术领域

本发明涉及一种安全且卫生的流体净化循环器，其对于作为身边的流体的空气或水通过LED的紫外线照射使流体中的病毒等有害微生物灭活，同时不会将对人体有害的紫外线泄漏至外部。

背景技术

近年来，处于SARS或COVID-19等对于人类具有前所未有的危险性的强力病毒流行的趋势，为了不感染上这些病毒、保持生命和生活的安全，也需要身边的净化。

作为能够通过个人的行动来进行的预防方法，戴口罩、漱口、洗手、避免密集/密接/密闭等被认为是有效手段，但对于仅通过行动就能够预防的情况存在限度，除此之外，作为进一步的卫生手段，要求使作为身边的环境本身的空气或水净化。

在非专利文献1中，记载了在中央布置UV-C杀菌灯、由矩形截面的螺旋通路包围UV-C杀菌灯的周围的UV-C照射装置，示出了对COVID-19的灭活有效这一试验结果。可是，在该UV-C照射装置也存在若干应当改善的点。

首先，通过将UV-C杀菌灯作为紫外线源使用，具有消耗电力大、不仅发出特定波长的紫外线、而且还广泛地发出其附近的波长的特征，因而为了驱动而需要大的能量源，不具有无论在何处都能够设置的程度的自由度。

接着，中央的UV-C杀菌灯所发出的紫外线通过透明原料的螺旋通路，照射到框体的内壁。虽然在框体的内壁施行表面处理，使紫外线在框体内部进行多重反射，但反射返回至中央的紫外线照射到UV-C杀菌灯，然而对于UV-C杀菌灯本身不具有反射功能，因而不能期望效率良好的多重反射。

在先技术文献

专利文献

非专利文献1：“关于在北里研究所实施的利用Dr.AiR(道胁式UV-C照射装置)的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的灭活试验结果”(株式会社NejiLaw)URL:http://www.nejilaw.com/pdf/NejiLaw_PressRelease_20210617.pdf

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于，将如上述那样现有技术所具有的课题(即，高消耗电力、除了需要的波长以外的紫外线照射所导致的低效率、设置场所的自由度低、由反射效率低引起的所产生的紫外线的利用效率低、对人体危险的紫外线漏出至设备外部的可能性等)全都解决，充分且安全地发挥与现有技术中证实的有害病毒的灭活效果同等或其以上的效果。

用于解决课题的方案

权利要求1所记载的发明是一种流体净化循环器，其是通过紫外线照射使流体中的有害微生物灭活的流体净化循环器，在密闭容器的内部设有以螺旋状形成的中空圆管，并且，前述中空圆管的两端固接于前述密闭容器的内壁，用于使流体流动于前述中空圆管的流体入口和流体出口用的孔形成于前述密闭容器，在前述中空圆管的内表面施行反射紫外线的表面处理，并且设有防止从前述流体入口和前述流体出口向外部的紫外线的放射的防放射手段，仅在从前述中空圆管的前述流体入口侧的端部起前述中空圆管的流路长度的大致1/2的距离、在前述中空圆管的内壁设有紫外线LED元件，通过前述紫外线LED元件发光，照射前述中空圆管的内部。

权利要求2所记载的发明是前述照射的紫外线是UV-C，波长是250至280nm的权利要求1所记载的流体净化循环器。

首先，作为紫外线产生源，使用紫外线LED。通过使用需要的驱动电力下降、由此导致的设置场所的自由度高、特定于杀病毒效果最强的波长的元件，能够以低电力且高效率地达到目的。

接着，通过将紫外线从布置于内径小且路径长的螺旋状中空圆管的内壁的紫外线LED照射至中空圆管内部，所放射的紫外线的大部分相对于中空圆管的内表面入射角变大，与以反射紫外线的方式处理的内表面相配合，从LED产生的紫外线最大限度地有助于病毒的灭活。

即，在施行了反射紫外线的表面处理的中空圆管的内表面反射紫外线，因而紫外线反复进行多重反射而衰减并同时向中空圆管的吸入口侧和排出口侧(以下，仅记载为“两端侧”。)前进。如果中空圆管的内表面的反射率高，则衰减变小。由此，(1)进行多重反射并同时用紫外线充满路径(中空圆管的内部空间)，能够将病毒或细菌不逸出地灭活。另外，(2)多重反射的次数变得庞大，因而越向中空圆管的两端侧前进、紫外线就越衰减，能够在中空圆管的两端附近防止紫外线泄漏(漏光)。

进而，仅在从中空圆管的流体入口侧的端部起中空圆管的流路长度的大致1/2的距离、即由中空圆管的内壁构成的流体流动的流路长度的大约一半的位置，布置紫外线LED，从而紫外线朝向路径的上游侧和下游侧两者反射并传播。紫外线随着传播距离变长而衰减，因而在中空圆管的两端附近衰减至安全的程度。进而，通过设置防止从中空圆管的两端向外部的紫外线的放射的防放射手段，防止紫外线泄漏至外部，确保安全性。

从中空圆管的流体入口侧的端部起中空圆管的流路长度的大致1/2的距离是为了通过紫外线的多重反射来用紫外线充满中空圆管的内部，因而只要是在设置1处紫外线LED的情况下能够通过紫外线的多重反射来用紫外线充满中空圆管的内部的位置即可，不需要仅限定为从中空圆管的流体入口侧的端部起中空圆管的流路长度的1/2的距离。

作为防放射手段，例如可列举由不反射紫外线的材料形成中空圆管的两端附近的内表面的方法、对中空圆管的两端附近的内表面施行不反射紫外线的表面处理等。

发明的效果

通过以上，本发明的流体净化循环器能够达成低消耗电力和设置的自由度、基于特定于特定波长的紫外线的LED的效率良好的病毒灭活效果、基于利用内表面处理来实现的多重反射的所照射的紫外线的最大限度的利用、基于从LED设置处到中空圆管两端的距离的充分衰减以及基于中空圆管的两端附近的无反射表面处理的有害紫外线的泄漏防止而将现有技术的课题全都解决。

另外，通过所使用的紫外线LED元件的输出和基于风扇的流速的调整，能够调整单位时间的能够处理的流量，本发明不使用过滤器等，因而是免维护的。

附图说明

图1(a)是示出本发明的实施例所涉及的流体净化循环器的构造的外观图像图。图1(b)是示出本发明的实施例所涉及的流体净化循环器的内部构造的图像图。

图2是示出本发明的实施例所涉及的流体净化循环器的1/4椭圆周单位的暴露光量的模拟的结果的曲线图。

图3是示出本发明的实施例所涉及的流体净化循环器的流体净化循环器内的积算暴露光量的模拟的结果的曲线图。

具体实施方式

以下，具体地记载实施本发明时优选的方式，但本发明的范围不受此限定。

本发明的实施例所涉及的流体净化循环器(以下，仅记载为“循环器”。)能够通过紫外线照射使流体中的有害微生物灭活。循环器具有：密闭容器11；中空圆管12，其以螺旋状形成有设于密闭容器11的内部的流体的路径；以及紫外线LED元件，其设于中空圆管12的内壁面。

中空圆管12未对材质特别限定，也可以是金属，也可以是树脂制。考虑重量、强度、加工成螺旋形状的加工性、成本、内表面对紫外线的反射/无反射加工的容易性等而选择合适材料。

中空圆管12的中空部分优选截面观察为正圆，但即使是椭圆形也能够适用。如果是截面观察为正圆的中空圆管12，则能够有助于紫外线的高效反射。另外，出于将中空圆管12的路径长度选取得长这一点，也优选内径小。然而，如果内径过小，则不能确保流路，灭活/除菌效果下降。另外，紫外线的多重反射也变得过多，流路内整体的紫外线的衰减率变大，牵涉到灭活/除菌效果的下降。

中空圆管12的外径比较细则能够将同一体积中的路径长度选取得长，确保流体的管内滞留时间、来自后述的紫外线LED元件的紫外线的传递距离和在出入口附近的充分衰减，并容易加工成螺旋状。进而，从紫外线LED元件发出的放射束的每一截面的密度变高而且均匀性变高，容易在通过多重反射到达中空圆管12的两端时衰减而防止紫外线的泄漏。

应当注意到，根据循环器的尺寸，中空圆管12的尺寸应当恰当地设计，但如果太细，则流路阻力变大，并对能够装配的紫外线LED元件的大小产生限制。

通过将中空圆管12以螺旋状配置(即，使由中空圆管12的中空部分构成的流路为螺旋状)，尽可能地不损害中空圆管12内的光的直进性，另一方面，能够在处于同一体积的范围内确保中空圆管12的足够的路径长度。根据设置的场所，在细的场所缩短中空圆管12的螺旋半径、在收纳于细长的筒状的容器的不能获得高度的场所使中空圆管12的螺旋形状为大致椭圆而收纳于扁平率高的椭圆筒状的容器等，外观的形状自由度高。即使形状改变，只要中空圆管12的内径和流路长度相等，它们的净化能力就基本不变。

在中空圆管12的内表面，通过金属的蒸镀或镀覆、粘贴等而以接近镜面的状态处理。此外，金属的种类只要是铝等紫外线的反射率高的材质，就不特别限制，一般只要是铝蒸镀、铝镀覆、铝反射片粘贴、金镀覆、银镀覆、锌镀覆、锡镀覆等即可。在本实施例中，采用铝制的反射片的粘贴或铝蒸镀。

另外，为了防止紫外线从中空圆管12的两端向外部的紫外线的泄漏，对于中空圆管12的两端附近(自端部起全长的大约2至5％左右的长度)，采用下者的任一个：由不反射紫外线的材料形成、或施行不反射紫外线的表面处理。在本实施例中，采用不进行镀覆处理并涂敷黑色材料从而能够防止将紫外线放射至中空圆管12的外部。除此以外，也能够不进行表面处理并使用不反射紫外线的黑色的树脂原料。

不反射紫外线的表面处理的范围是中空圆管12的两端附近，最低也包括在从外部窥视开孔部时能够目视的范围，优选为具有某种程度的余量而对其以上的范围(具体而言，螺旋半周的量左右)进行。优选的是，除此以外的路径全都进行反射紫外线的表面处理。

在从中空圆管12的吸入口11A侧端部起中空圆管的流路长度的大致1/2的距离、即由中空圆管12的内壁构成的流体的流路长度的一半的位置，配置有紫外线LED。

紫外线LED元件也可以使用在市场上出售的元件。另外，也可以使用新设计的元件。元件的发光波长、发光光谱特性、发光强度、所使用的元件数考虑中空圆管12的内径、路径长度、基于风扇的转速的流速等而恰当地使用适当的元件，以便在从吸入口11A到排出口11B之间发挥充分的清洁效果。LED元件以嵌入至在中空圆管12的路径的中央附近穿开的开孔部的方式设置，需要注意使内部的紫外线和流体不向外泄漏。

作为紫外线LED元件和风扇的驱动所使用的能量源，能够自由地采用AC电源、DC电源等。如果设置场所是汽车内则可考虑DC12V，如果是室内则可考虑用AC适配器转换成DC12V或使用12V电池。

所使用的紫外线波长使用针对使病毒等灭活效果强的波长。被称为UV-C的250至280nm的紫外线在具有强杀菌能力这一点上是有用的，但在对人体也产生不良影响这一点上需要注意到其操作。

中空圆管12的两端固接于密闭容器11的内壁。另外，在密闭容器11形成有吸入口11A和排出口11B，以使流体流动于中空圆管12。

即，形成于密闭容器11的孔为2处，其开口形状与中空圆管12的吸入口11A侧端部的形状和排出口11B侧端部的形状(中空圆管12的两端部的与中空圆管12的长度方向正交的方向上的截面的中空部分形状)相同。而且，以密闭容器11的吸入口11A和排出口11B与中空圆管12的两端重叠的方式(以中空圆管12的中空部分的一部分或全部不被密闭容器11堵塞的方式)将中空管12的两端固接于密闭容器11的内壁。

在该循环器，设有用于使流体流动于中空圆管12的流路的风扇。

风扇也可以设置于中空圆管12的吸入口11A侧附近、排出口11B侧附近、这两者的任一个。能够低价地利用小型、重量轻、能够以低电压驱动的直流马达的风扇。风扇的转速是以需要的流速、即在由中空圆管12的截面积和流路长度求出的体积中为了使病毒等灭活而花费需要的滞留时间而流动的方式计算求出的。风扇的直径优选与中空圆管12的直径相同的程度，为了减少噪声，也能够使大直径的风扇低速旋转。在此情况下，可以使漏斗状的部件介于与中空圆管12之间。

在流体是水的情况下，也能够代替风扇而利用水道等的压力而流入。

以下，使用实施例来说明。

如图1那样设计UV-C LED流体净化循环器，并且以风扇直径20mm、中空圆管12直径20mm、通道形状为长轴半径64mm、短轴半径44mm的椭圆通道、角度7°形成。螺旋整体的形状成为宽度150mm、高度110mm、长度200mm的椭圆筒形。中空圆管12的流路长度估算为2588.0mm。管内使出入口附近的椭圆半周为黑色涂装，使其它为金属镀覆。

采取将该UV-C LED封装件设置于螺旋路径中央的背面、朝向管内照射紫外线的构造。

(1/4椭圆周单位的暴露光量的模拟)

针对中空圆管12螺旋的每1/4椭圆周通过模拟求出暴露光量。

设想为从中空圆管12的吸入口11A侧端部到排出口11B侧端部、对于螺旋的每1/4椭圆周存在受光面，计算每个受光面的暴露光量。

在流路的1/4椭圆周的估算值为86.3mm、使流速为v m/s时，停留时间是86.3÷(v×1000)。1/4椭圆周的每1区间的平均放射照度的平均值是Ee,ave,i-j。由流体净化循环器暴露的光量通过SUM(Ee,ave,i-j×86.3÷(v×1000))求出。此时，使流速为1m/s而计算。

图2按受光面顺序示出通过以上的计算在各受光面求出的暴露光量。

示出了在设置有作为光源的紫外线LED元件的中央附近最高，从此处朝向吸入口11A侧、排出口11B侧的两者随着距离衰减，几乎不存在从吸入口11A、排出口11B泄漏的光量。

(流体净化循环器内的积算暴露光量的模拟)

接着，通过模拟求出流体净化循环器内的积算暴露光量。

从吸入口11A进入并对各受光面的暴露光量进行积算，其结果是，在排出口11B的时刻的总积算暴露光量成为2.027mJ/cm²。

图3从入口到出口按顺序示出通过以上的计算到达各受光面的时刻的积算暴露光量。

虽然在吸入口11A附近不太增加，但是在接近光源的中央附近，积算值急剧地增加，此后得到饱和的形式的数值。示出了使用灭活作用效果强的275nm的紫外线的总积算暴露光量2.027mJ/cm²与其它试验示例的值相比，对COVID-19病毒的灭活具有充分的能力。

产业上的可利用性

COVID-19病毒的处置由于其危险性而对于实际进行试验困难性高，但如除了已经进行的试验示例的结果之外还作为物理数值通过具有逻辑根据而计算的值来证明的那样，确信本发明的流体净化循环器即使在实际针对同种病毒等的净化使用的情况下，也发挥极其优异的性能。

Claims (2)

1.一种流体净化循环器，其是通过紫外线照射使流体中的有害微生物灭活的流体净化循环器，其中，

在密闭容器的内部设有以螺旋状形成的中空圆管，并且，所述中空圆管的两端固接于所述密闭容器的内壁，用于使流体流动于所述中空圆管的流体入口和流体出口用的孔形成于所述密闭容器，

在所述中空圆管的内表面施行反射紫外线的表面处理，并且设有防止从所述流体入口和所述流体出口向外部的紫外线的放射的防放射手段，

仅在从所述中空圆管的所述流体入口侧的端部起所述中空圆管的流路长度的大致1/2的距离、在所述中空圆管的内壁设有紫外线LED元件，

通过所述紫外线LED元件发光，照射所述中空圆管的内部。

2.根据权利要求1所述的流体净化循环器，其中，

所述照射的紫外线是UV-C，波长是250至280nm。