CN1185015C - 使用紫外光和超声波的表面和空气消毒的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用来在诸如空气之类的无水环境中通过同时暴露于超声波能量(12)和紫外光能量(14)消毒有机或无机物质的方法和设备。该方法适于用在一个室(60、84)中或在批量生产装配线设备中。使用对紫外光和超声波能量波的同时暴露类似地实现空气净化。

Description

使用紫外光和超声波的表面和空气消毒的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及消毒方法，更具体地说，涉及一种使用紫外光波能量和超声波能量的同时结合用来在无水环境中消毒有机和无机物质及用来消毒空气的方法和设备。
背景技术
高效除去可生存致病微生物对于经常与潜在传染微生物接触的那些人员是基本的。医护人员、牙医和口腔保健员频繁地暴露于可能包含诸如病毒、细菌等之类的传染微生物的体液。器械(包括人手)必须高效地消毒，以防止潜在传染微生物在病人之间和向工作人员本身传播。微生物研究人员常常处理潜在传染微生物作为他们职责的通常部分，并且需要器械和手的高效和频繁消毒，以保护他们自己及其合作者免于这种不希望的暴露。
工作在食品加工、包装和服务领域的人们也具有对从各种食品表面和在处理和加工中使用的各种设备的高效除去潜在传染微生物的基本需要。作为其工作的部分，要求这些工人处理各种生肉、家禽、海味、烧烤食品、和蔬菜，以便加工、包装、运送及向大众销售。要求食品服务工人处理和制备常常不久以后由公众消费的食物制品。特别是生肉、家禽和海味是有害和潜在传染微生物孵化和繁殖的理想源。工人的设备和手必须在频繁基础上高效消毒，以防止传染他们自己或把来自污染源的微生物扩散到供应品的其余部分、并因而使大众经受暴露的危险。
类似地，有对于从各种医疗和牙科器械及装置上高效除去潜在传染微生物的需要，这些器械和装置由于其内部电子特征由诸如高压灭菌器之类的其他常规装置不能高效消毒。这些器械和/或装置常常用于病人，其中如果在其预期使用之前没有高效消毒，则存在于器械和/或装置表面上的传染微生物可能传播到病人身上(甚至体内)，这可能导致潜在危及生命的状态。
适用于公众消费的食物制品也要求在由大众消费之前高效除去潜在危险的微生物。如以上讨论的那样，由工人用没有消毒的手处理食物制品能导致有害微生物的扩散，或者相反，食物制品与污染食品加工和包装设备的直接接触也能导致有害微生物的扩散。
用来消毒医务、牙科及食品服务工作人员的手的常用方法是手反复洗涤和/或擦洗。该过程可能是耗时的，因为在工作人员与潜在污染源接触之后必须频繁地重复。而且，由于低效的洗涤技术、使用的清洗剂类型、或甚至实际洗手花费的时间长度，该方法不可能高效地消毒工作人员的手。经常、反复洗手也能损坏皮肤，这归因于肥皂、洗涤剂的使用及实际的擦洗动作，这会除去皮肤的自然油脂，并且能使皮肤脱水和受刺激。过分耗时、非彻底手消毒、及皮肤刺激的缺点可能导致工作人员逃避有效防止潜在传染微生物扩散所要求的频繁洗手。
医疗和牙科器械及装置通常通过蒸汽高压灭菌器和其他方法，包括热、蒸汽、伽玛辐射、电子束、和/或化学试剂，的使用来消毒以除去可生存的致病微生物。然而，这些方法的有效性是变化的，并且一般要求昂贵、复杂设备的使用，及一般包括相当量的时间来完成。而且，一些器械和装置对高温、湿度、伽玛辐射、电子束、和/或使用的化学药品特别敏感，并且不能经受这些消毒方法。因此这些器械特别需要其他的消毒方法。
紫外光的使用是用来消毒有机和无机物质的另一种方法。已经发现暴露于一定紫外光带波长是一种消灭微生物的有效手段。在使用该消毒方法时，用户把要清洗的物体或装置放进一个室中，以把要清洗的装置或物体暴露于规定剂量的紫外光。清洗室的内部通常涂有反射光的反射表面，以保证正在消毒的物体的所有表面都用足够量的紫外光照射。对于适当剂量的紫外光所要求的时间量是变化的，但一般需要至少十秒钟。然而，历史上已经放弃用于有机和无机表面物质的微生物消毒的紫外光使用，而采用利用热、蒸汽、伽玛辐射、电子束、和/或化学药品的较复杂方法。这可能是制造商希望提供较昂贵设备来代替简化技术的结果。典型地，紫外光的使用已经降级到空气/或水的处理，空气/或水一般循环过在小室等内的紫外光源，并且然后循环到消毒环境中。
其他消毒方法包括超声波的使用，超声波通过其中要消毒的物品部分或完全浸入的水溶液谐振。在水溶液中的超声波引起实际作用在放置在水溶液中的物体上的压缩和真空，使其上的外来物质移动、并且分散在溶液中。当要消毒的物体例如是人手时，采用的水溶液必须与人皮肤相容，因而限制了能使用的并且有效的适用水溶液的类型。而且，因为手不得不浸在水溶液中以利用该消毒方法，手变得与水溶液饱和，并且必须此后干燥。手干燥过程通常要求在一个时间段内在皮肤表面上方对流空气，直到手足够干燥。这耗时并且甚至可能使皮肤脱水。如果要消毒的物品是其他材料，如肉、家禽、海味或蔬菜，则把物品浸入水溶液中可能损坏或甚至破坏其性质，因而使食物制品无用。类似地，需要消毒的某些医疗器械和装置当他们浸在水溶液中时变得不能工作。这些实例说明对一种能在气体环境中高效、频繁、和迅速消毒有机和无机物质的消毒方法的需要。
还有把紫外光与超声波的使用相结合的消毒方法，然而在直到本发明的所有方法中，超声波发射步骤一直在水溶液中进行。使用该方法，紫外光源定位成照射清洗槽中的清洗液体，要消毒的物品浸入在该清洗槽中。一个压电换能器搅动液体，用超声引起微观和宏观搅动，这从物品表面上除去外来物质。因为紫外光照射步骤与超声波过程同时发生，所以从正在消毒的物品上除去的微生物经受紫外光，由此消灭微生物。在这些组合方法中，与上述每个步骤有关的缺点仍然存在。
消毒周围空气或从空气中除去病菌、细菌等的能力对于保健工作人员，其中包括工业现场和家庭，也是有价值的。使用已知的空气净化系统实现疾病，包括艾滋病，通过空中载体传播的减少。这通常单独使用必须按周期间隔更换的空气过滤器或使用与杀菌量级的紫外光照射的组合实现，并且使用该手段已经产生了多种方法。过滤装置一般放置在多个紫外线灯的上游，并且空气靠近灯通过。
发明内容
因此，需要一种使用紫外光波能量和超声波能量的组合用来在无水环境中消毒有机和无机材料的方法和设备。进一步需要一种消毒空气而没有当前采用方法的复杂性和花费的高效方法。能在讲授顺序使用超声波和紫外光来从游泳池、声纳、和沐浴室的表面区域除去真菌、花粉和害虫的DE-A-3500487；和在讲授顺序使用超声波和紫外光来净化空气的EP-A-0673656中，发现其他例子。本发明满足这些需要以及其他需要，并且克服了先有技术的缺陷。
本发明一般包括一种使用紫外线照射和超声波发射的结合来消毒有机和无机材料的方法和设备。更具体地说，本发明的组合消毒方法在无水环境中进行。典型的例子是在诸如空气之类的气体存在的同时消毒材料。另外，能消毒空气本身。然而，材料也能在真空中消毒，熟悉本专业的技术人员将理解这也是无水环境。因此，将明白，本发明与用于材料消毒的紫外光和超声波的已知使用的不同之处在于，材料不放置在用于消毒的诸如水、化学清洗剂等之类的液体中。然而，这并不意味着，为了实施本发明在其中消毒材料的环境必须完全除湿。按照本发明，要消毒有材料简单地不浸入在液体中。因而在诸如空气的无水环境中施加超声波发射。
按照本发明的一个方面，紫外光在消灭可生存致病微生物的波长下发射到要消毒的材料表面上。材料经受可变的时间段，足以保证暴露于紫外光的微生物的完全毁灭。在该时间段期间，超声波引起在材料所有暴露表面上的扰动和振荡，由此使附着但没有分子结合到材料表面上的微生物移动且暂时在空中。作为移动的结果，微生物遭受比如果微生物仍然附着在材料表面上所暴露的表面面积大的暴露于紫外光能量的表面面积。紫外线照射和超声波扰动步骤同时出现，以产生增大消毒效率的希望效果。依据对组合能量源的足够暴露时间，然后从消毒状态下的室中取出物体。
按照本发明的另一个方面，紫外光和超声波的组合使用能应用于在装配线上生产的物品的批量消毒。因为该消毒方法在无水环境下进行，并因此不需要把材料浸入在液体中，所以沿运动运输带的路径能放置紫外光源和超声波发射源组件。然后，随着批量生产的物品沿运输带运动，他们将暴露于来自紫外光源的紫外光和来自超声波发射源的超声波。紫外光照射步骤与超声波发射过程同时出现，由此仅进行产生希望消毒效果必需的单次暴露过程。这能实现甚至不必停止运输带，并且在暴露之后，在消毒状态下物品在运输带上继续沿着其路径。
按照本发明的又一个方面，使用该组合方法能消毒批量生产的食品，如肉、家禽、海味和蔬菜，而不影响所处理食品的味道或构造。在诸如空气之类的无水环境中进行高效消毒的组合消毒方法的能力，消除了把食品暴露于可能影响食品的构造和/或味道的任何液体的需要。并且，由于紫外光仅照射在正在消毒的食品的表面上，并且由于其较差的穿透能力不会到表面下方，所以光不会“烹调”或改变食品的内部，否则会影响其味道或构造。然而，应该理解，在高功率级下冗长的紫外光暴露时间能导致被消毒食品的表面特征变化。
因此，应该明白，本发明的一个目的在于提供一种使用紫外光和超声波的同时组合来有效消除潜在传染微生物的迅速、高效和可靠的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种组合式紫外线和超声波消毒方法，其中在诸如空气、气体、混有气体的空气、或甚至真空之类的无水环境中进行消毒。
本发明的另一个目的在于，提供一种对用户和密切靠近用户的那些人无害和安全的消毒方法。
本发明的另一个目的在于，提供一种能容易实现消毒在装配线上制造的批量生产物品的消毒方法。
本发明的另一个目的在于，提供一种能消毒食品而不影响食品的构造和/或味道的消毒方法。
本发明的另一个目的在于，提供一种使用简单且不需要专门训练或工序来实施的消毒方法。
本发明的具体方案包括：提供一种用来消毒有机或无机物体的方法，包括把所述物体同时暴露于超声波(12)和紫外光(14)的步骤，其中在对超声波(12)和紫外光(14)的所述暴露期间所述物体不浸入在液体中，其中所述超声波(12)扰动附着在物体表面上的微生物，及其中在所述超声波(12)把所述微生物保持在所述扰动状态的同时所述微生物暴露于所述紫外光(14)。
根据本发明的上述方法，其中所述物体由空气携带。
根据本发明的上述方法，其中所述物体暴露于波长从约180纳米至约325纳米的紫外光。
根据本发明的上述方法，其中所述物体暴露于扫描频率在约20至52kHz之间的超声波。
根据本发明的上述方法，其中消毒在一个室(60、84)中完成。
根据本发明的上述方法，其中消毒在一条运输带(72)上完成。
根据本发明的上述方法，其中对于杀菌消毒，所述物体暴露于波长为250至260纳米的紫外光。
根据本发明的上述方法，其中对于微生物的激发，所述物体暴露于频率为24kHz至25kHz的超声波。
本发明还提供一种用来消毒有机或无机物体的设备，包括：(a)一个紫外光源(28)；和(b)一个超声波源(30)；(c)其中所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)同时工作，其中在对所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)的所述暴露期间所述物体不浸入在液体中，其中所述超声波源(30)扰动附着在物体表面上的微生物，及其中在所述超声波源(30)把所述微生物保持在所述扰动状态的同时所述微生物暴露于所述紫外光源(28)。
根据本发明的上述设备，其中所述物体由空气携带。
根据本发明的上述设备，其中所述物体暴露于波长从约180纳米至约325纳米的紫外光。
根据本发明的上述设备，其中所述物体暴露于扫描频率在约20kHz与52kHz之间的超声波。
根据本发明的上述设备，其中所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)定位在一个室(60、84)中。
根据本发明的上述设备，其中所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)相邻一条运输带(72)定位。
本发明还提供一种用于周环境空气消毒的方法，包括步骤：(a)把空气暴露于紫外光能量(14)；和(b)同时把空气暴露于超声波能量(12)；(c)其中所述超声波能量(12)扰动附着到由所述空气携带的颗粒表面上的微生物，及其中在所述超声波能量(12)把所述微生物保持在所述就动状态下的同时，所述微生物暴露于所述紫外光能量(14)。
根据本发明的上述方法，其中紫外光能量的波长在约180纳米至约325纳米的范围内。
根据本发明的上述方法，其中借助于在约20kHz至52kHz范围内的扫描频率按每次扫描具有约800毫秒的循环周期的锯齿形图案施加超声波能量。
本发明还提供一种用来消毒空气的设备，包括：(a)一个紫外光源(28)；和(b)一个超声波源(30)；(c)其中所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)同时工作，其中所述超声波源(30)扰动附着到由所述空气携带的颗粒表面上的微生物，及其中在所述超声波源(30)把所述微生物保持在所述扰动状态的同时所述微生物暴露于所述紫外光源(28)。
根据本发明的上述设备，其中所述紫外光源(28)产生在约180纳米至约325纳米范围内的紫外光能量。
根据本发明的上述设备，其中所述超声波源(30)在约20kHz至52kHz范围内的扫描频率下按每次扫描具有约800毫秒的循环周期的锯齿形图案产生超声波能量。
根据本发明的上述设备，其中消毒设备是一种独立设备。
根据本发明的上述设备，其中消毒设备是与空气处理系统有关。
附图说明
在说明书的如下部分中将阐明本发明的另外的目的和优点，其中详细描述是为了充分公开本发明的最佳实施例，而不是对本发明设置界限。
参照仅用于说明性目的的如下附图，将更充分地理解本发明：
图1是流程图，描绘一种按照本发明同时使用超声波辐射和紫外光照射来消毒有机和无机材料的通用方法。
图2是流程图，描绘一种按照本发明通过同时使用超声波辐射和紫外光照射来消毒在装配线上生产的有机和无机材料的通用方法。
图3是用来执行本发明方法的消毒系统的功能方块图。
图4是图3中所示消毒系统的紫外光电路的功能方块图。
图5是在实施本发明的表面消毒方法时有用的消毒室的立体图。
图6是在实施本发明的表面消毒方法时有用的运输系统的示意表示。
图7是在以独立模式或与空气处理系统有关地实施本发明的空气消毒方法时有用的消毒室的部分主体示意图。
具体实施方式
更具体地参照附图，为了说明目的按一般表示在图1至7中的方法和设备实施本发明。应该理解，该方法关于步骤的细节和其顺序可以变化，并且关于其部分的细节设备可以改变，而不脱离这里公开的基本概念。
本发明包括一种通过在诸如空气中或真空中之类的无水环境中把材料同时暴露于紫外光和超声波来消毒有机和无机材料的方法和设备，其中正在消毒的材料不浸泡在液体中。因此，熟悉本专业的技术人员应该理解，术语“无水”与“无液”同义。与用于消毒的超声波的常规使用不同，为了实现希望结果本发明不依赖于液体中的空化效应。
在本发明消毒方法中包括的步骤的一个例子能在图1中看到。在步骤10，要消毒的物体或装置放置到包含紫外光和超声波路径的封闭消毒室中。在步骤12和14，把材料的表面同时暴露于超声波和紫外光范围从约两秒至六分钟的一个时间段，这取决于正在消毒的物品的表面特征。通过在材料表面暴露于紫外光的同时暴露于超声波，材料表面在由紫外光照射期间被物理激发。这引起材料表面上的细菌和其他有害微生物的就动和振荡，由此增大暴露于紫外光的表面面积量。通过在施加紫外光能量的同时把材料表面保持在物理激发状态下，紫外光能将照射正在消毒的材料的所有可暴露表面。当完成消毒时，然后在步骤16从消毒室取出材料。
因此，如能明白的那样，本发明使用超声波扰动和振荡在要消毒的材料表面上的微生物，由此增大微生物暴露于紫外光的表面面积。这有助于通过紫外光消灭微生物。在大多数情况下，十秒钟至一分钟的紫外光照射时段是足够的，特别是对于细菌消毒。已知需要微瓦形式的不同能量量来消毒各种微生物，范围从对于普通细菌的3,200微瓦至超过400,000微瓦；因而，对于某些霉菌和真菌可能需要额外的暴露时间。消毒时间可能也取决于被消毒的物品表面的多孔性。一般地说，表面孔隙越多，需要的消毒时间越长。然而，对于食品物体较长的暴露时间可能影响物体的颜色、构造或味道。
在一种示范方法中，一个超声波发射源连续地发射超声波，而仅当要消毒的物体放置在消毒室内时紫外光才循环接通，以照射被消毒材料的表面。然而，应该理解，在消毒期间，如在本发明中实施的那样，超声波发射步骤12和紫外光照射步骤14必须以同时方式进行，从而被消毒的材料表面暴露于足以引起微生物扰动的超声波。
现在参照图2，能看到把本发明的消毒方法具体应用于使用输送机或其他运输系统的批量生产的或大量物品的一个例子。因为本发明的消毒方法在诸如空气之类的无水环境中进行，所以通过同时把装配线、运输带等暴露于紫外光和超声波，能消毒沿装配线批量生产的或沿运输带传送的物品，从而沿运输带运动的物品表面至少接收对于紫外光和超声波的最小暴露。例如，在步骤18物品沿运输带等运动到一个其中物品能暴露于紫外光和超声波的位置中。物品然后分别在步骤20和22同时暴露于超声波和紫外光，并且然后当暴露完成时在步骤24运动离开超声波和紫外光的路径。如以前指示的那样，以同时方式进行在步骤20的超声波发射和在步骤22的紫外光照射，从而材料表面暴露于足以引起其上微生物扰动的、和/或在被处理的物品表面上产生其他潜在希望效果的超声波。
也参照图3，表示按照本发明的消毒设备的功能方块图，其中一个主开关26控制：一个紫外光电路28，以为上述紫外光照射步骤提供紫外光；和一个超声波发射源电路30，以为上述超声波发射步骤提供超声波。陶瓷压电换能器(在图3中未表示)最好用来发射超声波。紫外光电路28最好由一个镇流电源32供电，镇流电源32可以为了致动和脱开由一个循环开关34循环。一个常规电源36供电超声波发射源电路30。
现在也参照图4，表示紫外光电路28的功能方块图。紫外光电路28最好是在20kHz至52kHz范围内操作的高频开关电源，并且最好包括一个EMI滤波器38、一个整流器40、一个功率因数控制器42、一个反馈镇流控制电路44、一个RCL串联-并联灯谐振输出电路46、故障检测/关闭电路48及一根反馈和故障总线50(buss)。功率因数控制器42最好是在临界连续的、自激模式中操作的增压转换器。镇流控制电路44提供灯谐振输出电路46的频率调制控制。关闭电路48为了安全和平稳断开及自动重新启动利用一个灯电路检测和比较器逻辑电路。反馈控制和灯故障总线50由光耦合器(未表示)与镇流控制部分44隔离。熟悉本专业的技术人员将理解上述元件的每一个都是先有技术中常规的。
镇流控制部分44最好在备用模式与消毒(接通)模式之间驱动四个二十一瓦特T5型灯(未表示)。在备用模式中，电路把灯保持在约10％至20％的输出值。该较低输出备用模式提高灯的寿命，并且在消毒循环期间降低灯丝温度，而当电路从备用模式切换到消毒模式时允许灯实际上无加热时间和立即电离至全输出。例如使用诸如可从通用电气或其他灯管制造商买到的型号T5灯之类的低压汞灯，与使用常规电源时的1,500至3,000循环相比，由于电路的结构能期望灯有高达120,000循环的寿命循环。
在本发明中，紫外光一般以在约180nm与约325nm之间的波长发射，发现用254.7nm的波长对于杀菌控制是最有效的，并且功率密度与经验确定为足以实现消毒的功率密度一致。典型的功率密度在从约400,000微瓦每平方厘米每秒至约1,000,000微瓦每平方厘米每秒的范围内，并且取决于消毒的微生物的类型。超声波能量最好在约20kHz至52kHz的范围内以具有约800毫秒每次扫描的循环周期的锯齿图案扫描。已经发现稳定的24.7kHz换能器频率对于人皮肤上的微生物激发、以及从消毒的物体表面上除去所有非剥落微生物非常有效。从每个换能器输出的超声波最好是在离换能器0.5米距离处测量的119分贝，最大功率输出约7瓦特，例如使用象可从摩托罗拉(Motorola)或其他超声波换能器零售商买到那样的压电换能器。
一旦致动，在一个最佳实施例中对于使用紫外光和超声波能量波的同时组合的消毒，超声波发射就保持连续，而紫外光保持在备用模式中，并且循环到通电模式。超声波发射本身不消除在消毒物品上的微生物；然而，超声波引起微生物被扰动和开始振荡，由此把微生物更大的表面面积暴露于用于照射的紫外光。在空气消毒的情况下，超声波将使灰尘颗粒被激发和/或振荡，由此引起灰尘颗粒表面上的微生物移动和悬浮，以便把颗粒的较大表面面积暴露于用于照射的紫外光。另外，超声波发射能使颗粒分解，因而把颗粒扭曲成不同形状以便更有效地消毒。
现在参照图5，把本发明的一个实施例表示成包括具有如下任一个近似内部尺寸的一种消毒室60：
(a)25″×25″×25″(63.5cm×63.5cm×63.5cm)，有4个T5灯泡在每个侧壁上和两个换能器在相对侧壁的内侧顶部中间；或
(b)15″×15″×15″(38.1cm×38.1cm×38.1cm)，有3个T5灯泡在每个侧壁上和两个换能器在相对侧壁的内侧顶部中间；或
(c)10″×15″×15″(25.4cm×38.1cm×38.1cm)，有2个T5灯泡在每个侧壁上和两个换能器在相对侧壁的内侧顶部中间。
在表示的实施例中，诸如上述T5型号之类的至少一个紫外光灯管62安装在相对侧壁上，并且如果希望，一个反射器64可以定位在灯管62后面，以把其中产生的消毒光波能量指向室60的中央部分。至少一个超声波能量源66安装在室60中，例如在室60侧壁的顶部中间，并且对准以把扰动超声波能量提供到室60的中央部分中。在一个最佳实施例中，两个超声波能量源66(以虚线表示)安装在室60中，在室60相对侧壁的内侧顶部中间。要消毒的物体可以直接放置在室60底部底面上，或者如果希望放置在其中的一个支架上。
室60装备标准120伏特、单相电源，在背面带有一个用来进入冷空气的6″或8″(15.24cm或20.32cm)通风口(未表示)，及可以在背面上包括单级空气过滤器。一个排风扇65可以安装在室60的顶部上，以建立在其中的物体上方的冷却气流。为了方便装载要消毒的物体可以采用一个滑出前部抽屉，并且提供一个通/断电开关以手动致动工序。为了清晰起见没有表示门和电力开关。
通/断指示灯68当室60“通”且处于“备用”模式时具有绿光，而当单元为“通”且处于“使用中”模式时具有琥珀或其他颜色的光(如红色)。一个按钮为了频繁或重复用途致动室60，从而当单元处于“通”模式中时，通过简单地按下按钮能致动消毒。“使用中”灯68然后会接通，并且室60在一个预定时间内充满有同时施加的紫外光和超声波能量的组合，这取决于消毒物体67和关心的微生物。“使用中”灯68然后熄灭，向用户发信号该循环已经完成和开门是安全的。
可以安装一个使用接触或接近开关70的失效安全机构，与起安全预防作用的门合作。在内侧壁上的结构泡沫材料是最佳的，而外部表皮可能用包括不锈钢的各种金属建造，这取决于客户和他们的需要/用途。
图6表示本发明的一个在线实施例，包括适于运动经一对成排紫外线灯管78和反射器80消毒的物体76的一根运输带72和运输辊74。一对超声波换能器82靠近最上紫外线灯管78悬挂，从而由此产生的超声波能量指向带72的中央部分。紫外线灯管78和反射器80类似地定位成用紫外光和超声波能量波照射带72。利用对紫外光和超声波能量波的同时暴露实现物体76的消毒。如果带72和成排紫外线灯管78的尺寸是约25英寸乘25英寸(63.5cm乘63.5cm)，则使用上述类似于图5中所示的那样的超声波换能器82和紫外线灯管78可以实现消毒。
图7表明一个示范空气消毒单元84，通过同时致动本发明的紫外线波能量源86和超声波能量源88把紫外线波能量源86和超声波能量源88用作用于物体或气流消毒的手段。空气消毒单元84代表竖直落地样式，并且一般尺寸定为150cfm(70.79l/s)、250cfm(117.99l/s)、450cfm(212.4l/s)、及600cfm(283.2l/s)额定容量，尽管使用相同的整体设计概念可以定制设计较大的单元。一般地，150cfm(70.79l/s)和250cfm(117.99l/s)单元带有四个T5型紫外光源86和一个超声波换能器88，而450cfm(212.4l/s)和600cfm(283.2l/s)单元具有多达八个T5型紫外光源86和一个或两个超声波换能器88。可以包括反射器87以把紫外辐射指向室84的中央部分。尽管紫外线波能量的灯管源86表示成安装在室84的侧壁上，但应该理解，把灯管86安装在室84的内部也是一种有效定位，因为气流然后可以在灯管86上方流动。
消毒室84包含一个典型包括单独的网式、活性碳式或HEPA式过滤器或他们的组合的市场可买到的空气过滤器部分90(为了清楚起见以虚线表示)。空气进口92和出口94能够包括栅格或管道连接，这视放置和用途而定，并且在此后描述的测试中是有用的。一个风扇96布置在进口92或出口94中，以把要消毒的气流运动过消毒室84。可以添加一个隔音罩、隔音泡沫材料、或其他减小噪声发射的消声措施。
应该理解，消毒室84可以结合在住宅、医院、工业作业间等内的常规HVAC空气处理系统使用，其中气流运动一次经过消毒室84，并且然后进入使用的区域。还应该理解，消毒室84可以用在独立的操作间中，例如在住宅或办公室或医院救室中，其中室内空气经使用风口92和94的消毒室84重新循环。
例1
表面消毒
这里报告的测试目的在于，表明本发明的同时施加紫外线光波能量和超声波声波能量对于选择的微生物组，包括在固体表面上和气流中的病毒、细菌、真菌、霉菌及其他表面或空中生物污染物，的消毒效率。
(a)使用紫外线光波能量和超声波声波能量估计表面消毒
在24个月的时段上进行测试，以提供各种工作条件和环境：允许监视基于本发明同时施加紫外线光波能量和超声波声波能量的应用的任何增大或减小的有效性。选择能提供大范围温度、湿度、空气扰动、自然和人造光、及其他不利工作参数的条件。挑选提供在整个研究过程中能监视以估计该技术效力的各种已知和/或可疑表面和空中病原类型的环境。
(b)菌落形成单位的试验有机体稀释液的制备
为了估计用于消毒的本发明紫外线光波能量和超声波声波能量同时施加的微生物消毒效力，各种产品表面用各种每毫升菌落形成单位(CFU/ml)的接种体的试验有机体稀释液激发。初级消毒激发借助于利用极大装载的接种体(显著比通常在产品表面遇到的大)以及使用通常遇到等级的接种体休眠，以便估计在这些等级下的过程效力。结果是本发明在不同微生物等级下具有惊人和意外高的抗微生物效力。
激发有机体包括借助于5％的羊血和琼脂培养基(MAC)在Tryptic Soy Agar(TSA)上生长的Salmonella choleraesuis、ATCC14028、及大肠杆菌(Escherichia coli)、ATCC8793。在试验之前，把指定微生物每一种的储备培养物接种到以上琼脂的表面上。琼脂在35C+/-2C下培养72小时增量。对于纯净和菌落组织估计以后的生长。光滑型菌落类型通过利用消毒木质涂药器棒收获，并且悬浮在消毒(0.85％)盐水中，调节等效于MacFarland标准1.0的悬浮液。这近似为3.0×108细胞/毫升(300,000,000细胞/毫升)。
在微生物制备之后，使用1毫升量的上述悬浮液和9毫升量的稀释剂(消毒的0.85％盐水)制备十倍稀释液。以类似的方式制备以后的十倍系列稀释液。确定在每种悬浮液中每毫升菌落形成单位的数量。该值用来确定在试验中要使用的接种物的大小。利用细菌殖数琼脂法估计悬浮液以建立微生物的近似悬浮密度。
匹配MacFaFland标准1的悬浮液、以及从以前细菌殖数琼脂研究所外推的最密切匹配100-300 CFU/毫升和＜100 CFU/毫升的其他悬浮液，用作对产品的初级消毒。所有试验以一式三份进行。通过用蜡笔画出表面接触板区域的轮廓(约25厘米2)，在产品的表面上准备产品试验模板。对于每种试验悬浮液，把0.5毫升的体积以代表“之前”和“之后”的模式(一式三份)涂敷到产品试验模板上。允许接种物干燥10-15分钟。表面接触板(SCP)[D/E中和琼脂]用来测试产品试验表面。
在完成干燥时，把SCP施加到“之前”的产品试验地点，轻轻地按压，除去及用盖覆盖。按压SCP，并且不要擦拭产品试验表面以防止CFU在表面上的异常分布。“之后”产品试验地点在由频谱协议所建立的正常微观清洁消毒工序中处理。在完成该工序时，把SCP施加到“之后”产品试验地点上，如以前讨论的那样。接着该试样，把SCP加标签，用胶带固定，冷冻及运送到测试实验室分析。
SCP在35C+/-2C下培养72小时。在24、48及72小时的间隔下观察SCP，并且估计CFU以记录为实际的CFU(如果可计数)或者记录为＞100 CFU(反映太多不能计数)。CFU结果表示为三份测试的平均值。霉菌报告为观察的CFU。不打算区分细菌和酵母菌，并且不进行任何CFU的辨别。应该认识到，该消毒激发的目的在于，估计本发明在产品表面上关于其抗微生物效力的有效性。
(c)表面消毒测试
作为本发明一种消毒方法的紫外线波能量和超声波声波能量的同时施加，作为一个独立过程、对于关于空中微生物(生物悬浮微粒)的性能与标准和HEPA过滤器的使用相结合、及对于可能的有水用途在各种液体中，估计效力。使用多重时间暴露进行测试，以贯穿研究过程确定本发明对不同表面类型的效力。在试验研究开始之前建立5、10、15、30、45、及60的标准时间序列，以估计和比较该技术对选择和测试的表面类型的有效性。
在试验研究的过程期间，从使用紫外光线光波能量和超声波声波能量的同时施加处理的超过100,000件物品中，随机收集超过3,500个试样，并且由独立的试验机构分析。已经估计的在该研究过程期间处理和抽样的物品的估计值超过$500mm。下面概括关于本发明使用的有效试验结果。
为测试选择的表面类型包括具有不同组织和表面状态的各种塑料、玻璃、金属、木、纸、层压件、混凝土及食品。在被测试的选择表面类型中，连续检查在组织、形状、密度、及均匀性范围内的变异，以保证在整个试验研究范围内表示每种的足够量。并且最后，对于其吸收、吸附、收集、改变、结合、及否则影响作为用于测试的有效标准的各种类型微生物的能力，挑选为研究选择的介质表面类型。
(d)使用通常微生物等级的试验
表1表示在经使用如下物质收集的各种试样上的有机体测量结果：Tryptic Soy Agar(带有panase)；玫瑰色孟加拉琼脂；甘露醇食盐琼脂；琼脂培养基；及/或消毒空白接触板。所有试样都在运送到分析测试实验室时在28-35℃下培养。在收集和制备接触板之后的24和48小时间隔(除非对于特定琼脂类型需要较长的培养时间)对于CFU的存在分析试样。试样收集和分析由合格和专业认可的微生物学家进行。
表2表示在空气环境中使用本发明的紫外线光波能量和超声波声波能量的同时施加在消毒室60中消毒要清洁的各种试验物体之后对于微生物存在的试验结果。能看到在测量误差的范围内，消毒几乎100％有效。
(e)使用高微生物等级的试验
用包括如下一种或多种的微生物悬浮液培养诸表面：带有青霉菌物种的盐溶液；大肠杆菌(ATCC 25923)；葡萄球菌属表皮细菌(ATCC 12228)；及黄曲霉菌。在专业认可和合格的微生物学家的监督下，由训练的实验室人员在现场设置下执行接种物制备和涂敷。
表3表示在使用本发明消毒前从培养表面试样收集的分析试验结果的概述。报告的浓度表示在25平方厘米区域中存在的CFU的数量。收集试样的百分之三十五来自允许干燥的培养表面。表面试样通过使用如下物质收集：Tryptic Soy Agar(带有panase)；玫瑰色孟加拉琼脂；甘露醇食盐琼脂；琼脂培养基；及/或消毒空白接触板。所有试样都在运送到分析测试实验室时在28-35℃下培养。
然后在空气环境中使用本发明的紫外线光波能量和超声波声波能量的同时施加，在消毒室60中消毒试样。然后在收集和制备接触板之后的24和48小时间隔(除非对于特定琼脂类型需要较长的培养时间)对于CFU的存在分析消毒试验物体。合格和专业认可的微生物学家进行试样收集和分析。能看到在测量误差的范围内，在极端“传染”条件下，消毒几乎100％有效。试验结果表示在表4中。
(f)表面消毒试验结论
对在条件和环境范围内在各种表面类型上使用本发明的紫外线光波能量和超声波声波能量的同时施加进行的二十四个月的试验研究的结果，根据收集和分析的足够数量的随机试验的可生存致病微生物的整个百分比减少已经证实，本发明对于暴露表面是一种生物去污的有效手段。
以上研究确认，在空气环境中暴露于紫外线光波能量和超声波声波能量的同时施加的表面表明可量化微生物超过99.99百分比的一致减少，与当前适用的表面消毒的其他认可方法相当或清楚地超过。从暴露于本发明消毒过程的超过1,875个表面试样得到的试验结果表明，作为对该技术暴露的结果没有损坏、疲劳、或脱色的迹象或征兆。在测试的多个试样中，进行对消毒过程的重复暴露，以确定来自重复长期暴露的失效率。没有辨别到显示损坏、失效或疲劳的可见或其他显著迹象。
熟悉本专业的技术人员应该理解，使用常规电路能实施所描述的本发明，并且本发明对于配置和结构能变更，包括对于电路元件的模拟和数字等效物的使用。还应该理解，除这里描述的之外，发射超声波和紫外光的电路是可买到的，并因此这里没有详细描述，且不形成所要求的本发明的一部分。
因而，本发明使用在诸如空气之类的无水环境中同时施加的紫外光和超声波的组合保证物体的消毒。超声波和紫外光的同时发射彼此互补，并且能在气体环境中有效地消毒有机或无机物品。紫外光和超声波的这种同时组合保证物品的有效消毒，而不必在暴露于超声波期间把物品置于水或其他液体溶液中。本发明使用同时施加的紫外光和超声波的组合也保证气流或物体的消毒。尽管以上描述包括多种特性，但这些不应该认作是对本发明范围的限制，而仅是提供本发明当前最佳实施例的一些的说明。因而本发明的范围应该由附属权利要求书和其合法等效文件确定。
表1
在使用本发明消毒之前从随机选择的未处理表面试样收集的分析试验结果
表面介质           试样数量         CFU存在的范围
塑料                 410               13-TNTC*
玻璃                 65                  7-95
金属                 185                 4-89
木材                 45                11-TNTC*
纸                   95                  2-97
层制品               320                 8-90
混凝土               60             1-74
食品                 375           3-TNTC*
试样总数             1,555
TNTC*＝太多而不能计数(＞100 CFU/100平方厘米)
表2
在同时施加紫外光和超声波能量之后从表面试样收集的分析试验结果的概括
表面介质             试样数量          CFU存在的范围
塑料                    410                  0*
玻璃                    65                   0*
金属                    185                  0*
木材                    45                   0-2+**
纸                      95                   0*
层制品                  320                  0*
混凝土                  60                   0-2+**
食品                    375                  0-2+**
试样总数                1,555
*零(0)指示没有微生物生长存在(末端消毒)
**0-2CFU存在指示在由现场实验室人员的试样收集和处理期间允许的统计误差余量
2+指示在处理涂敷完成之后72小时微生物生长的存在
表3
在使用本发明的消毒之前从培养表面收集的分析试验结果的概括
表面介质            试样数量          CFU存在的范围
塑料                   58             15,000-150MM*
玻璃              27            15,000-50MM*
金属              41            150,000-50MM*
木材              25            100,000-10MM*
纸                18            100,000-10MM*
层制品            52            1.5-10MM*
混凝土            10            50,000-1MM*
食品              89            10,000-10MM*
试样总数          320
*MM＝百万
表4
在使用本发明的消毒之后从培养表面试样收集的分析试验结果的概括
表面介质            试样数量           CFU存在的范围
塑料                   58                    0*
玻璃                   27                    0*
金属                   41                    0*
木材                   25                    0-2+**
纸                     18                    0*
层制品                 52                    0*
混凝土                 10                    0-2+**
食品                   89                    0-2+**
试样总数               320
*零(0)指示没有微生物生长存在(末端消毒)
**0-2CFU存在指示在由现场实验室人员的试样收集和处理期间允许的统计误差余量
2+指示在处理涂敷完成之后72小时微生物生长的存在

Claims (22)

1.一种用来消毒有机或无机物体的方法，包括把所述物体同时暴露于超声波(12)和紫外光(14)的步骤，其中在对超声波(12)和紫外光(14)的所述暴露期间所述物体不浸入在液体中，其中所述超声波(12)扰动附着在物体表面上的微生物，及其中在所述超声波(12)把所述微生物保持在所述扰动状态的同时所述微生物暴露于所述紫外光(14)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述物体由空气携带。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述物体暴露于波长从约180纳米至约325纳米的紫外光。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述物体暴露于扫描频率在约20至52kHz之间的超声波。
5.根据权利要求1所述的方法，其中消毒在一个室(60、84)中完成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中消毒在一条运输带(72)上完成。
7.根据权利要求1所述的方法，其中对于杀菌消毒，所述物体暴露于波长为250至260纳米的紫外光。
8.根据权利要求1所述的方法，其中对于微生物的激发，所述物体暴露于频率为24kHz至25kHz的超声波。
9.一种用来消毒有机或无机物体的设备，包括：
(a)一个紫外光源(28)；和
(b)一个超声波源(30)；
(c)其中所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)同时工作，其中在对所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)的所述暴露期间所述物体不浸入在液体中，其中所述超声波源(30)扰动附着在物体表面上的微生物，及其中在所述超声波源(30)把所述微生物保持在所述扰动状态的同时所述微生物暴露于所述紫外光源(28)。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述物体由空气携带。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述物体暴露于波长从约180纳米至约325纳米的紫外光。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述物体暴露于扫描频率在约20kHz与52kHz之间的超声波。
13.根据权利要求9所述的设备，其中所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)定位在一个室(60、84)中。
14.根据权利要求9所述的设备，其中所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)相邻一条运输带(72)定位。
15.一种用于周环境空气消毒的方法，包括步骤：
(a)把空气暴露于紫外光能量(14)；和
(b)同时把空气暴露于超声波能量(12)；
(c)其中所述超声波能量(12)扰动附着到由所述空气携带的颗粒表面上的微生物，及其中在所述超声波能量(12)把所述微生物保持在所述扰动状态下的同时，所述微生物暴露于所述紫外光能量(14)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中紫外光能量的波长在约180纳米至约325纳米的范围内。
17.根据权利要求15所述的方法，其中借助于在约20kHz至52kHz范围内的扫描频率按每次扫描具有约800毫秒的循环周期的锯齿形图案施加超声波能量。
18.一种用来消毒空气的设备，包括：
(a)一个紫外光源(28)；和
(b)一个超声波源(30)；
(c)其中所述紫外光源(28)和所述超声波源(30)同时工作，其中所述超声波源(30)扰动附着到由所述空气携带的颗粒表面上的微生物，及其中在所述超声波源(30)把所述微生物保持在所述扰动状态的同时所述微生物暴露于所述紫外光源(28)。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述紫外光源(28)产生在约180纳米至约325纳米范围内的紫外光能量。
20.根据权利要求18所述的设备，其中所述超声波源(30)在约20kHz至52kHz范围内的扫描频率下按每次扫描具有约800毫秒的循环周期的锯齿形图案产生超声波能量。
21.根据权利要求18所述的设备，其中消毒设备是一种独立设备。
22.根据权利要求18所述的设备，其中消毒设备是与空气处理系统有关。
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