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HINTERGRUND
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Von
Luftzirkulationssystemen, z. B. Klimatisierungs- und Heizungssystemen
in Gebäuden
und Flugzeugen, ist bekannt, dass sie in der Luft befindliche Viren
und Bakterien zirkulieren lassen und unter den Insassen Krankheiten
verbreiten. Dies wird sowohl für
die Hersteller derartiger Systeme als auch die Insassen von Belang.
Bei einigen Luftzirkulationssystemen in Gebäuden wird begonnen, dieses Problem
anzusprechen, indem ein Luftsterilisierungssystem in sie einbezogen
wird, um die Luft zu sterilisieren. In derartigen Systemen wird
die Luft typischerweise sterilisiert, indem die zirkulierende Luft mit
ultraviolettem Licht bestrahlt wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens
ist, dass der Sterilisierungsprozess von der Belichtungszeit des
ultravioletten Lichtes abhängig
ist und deshalb die Wirksamkeit mit zunehmender Luftgeschwindigkeit
abnimmt. Außerdem verringert
der an den Ultraviolettleuchten gesammelte Staub die Intensität des ultravioletten
Lichtes, das die Luft bestrahlt, was die Wirksamkeit des Sterilisierungsprozesses
weiter verringert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein System zum Sterilisieren von Luft,
das effektiver als frühere Verfahren
ist, und das eine Leitung besitzt, um die Luft hindurchströmen zu lassen.
Ein erster Elektronenstrahlgenerator ist relativ zur Leitung angeordnet, um
die hindurchströmende
Luft mit einem ersten Elektronenstrahl zu bestrahlen. Der erste
Elektronenstrahl behindert oder tötet Mikroorganismen innerhalb
der Luft, wie z. B. Viren, Bakterien, Pilze usw., um die Luft zu
sterilisieren.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
kann ein Luftzirkulator, um zu veranlassen, dass die Luft durch die
Leitung strömt,
enthalten sein. Außerdem
kann das System in einem Luftzirkulationssystem enthalten sein oder
ein Luftzirkulationssystem bilden. Innerhalb der Leitung ist stromabwärts vom
ersten Elektronenstrahlgenerator ein Wandler angeordnet, um das Ozon
innerhalb der Luft in Sauerstoff zu wandeln. In einer Ausführungsform
befindet sich gegenüber
dem ersten Elektronenstrahlgenerator in der Leitung ein Reflektor,
um den ersten Elektronenstrahl zu reflektieren. In einer weiteren
Ausführungsform
ist ein zweiter Elektronenstrahlgenerator relativ zur Leitung gegenüber dem
ersten Elektronenstrahlgenerator an geordnet, um die durch die Leitung
strömende
Luft mit einem zweiten Elektronenstrahl zu bestrahlen. In einer
noch weiteren Ausführungsform
besitzt die Leitung zwei rechtwinklige Wendungen auf gegenüberliegenden
Seiten des ersten Elektronenstrahlgenerators, um eine Abschirmung
gegen die Strahlung zu schaffen. Diese Leitung kann kollimiert sein.
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Die
vorliegende Erfindung ist außerdem
auf ein Verfahren zum Sterilisieren von Luft gerichtet, das aufweist:
die Luft strömt
durch eine Leitung, und die Luft, die durch die Leitung strömt, wird
einem ersten Elektronenstrahl von einem ersten Elektronenstrahlgenerator
bestrahlt. Der erste Elektronenstrahl behindert die Mikroorganismen
innerhalb der Luft, um die Luft zu sterilisieren. Die Sterilisation
kann in einem Luftzirkulationssystem geschehen.
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Außerdem ist
die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Sterilisieren von
Luft gerichtet, dass das Strömen
der Luft durch eine Leitung und das Bestrahlen der strömenden Luft
mit entgegengesetzten ersten und zweiten Elektronenstrahlen von ersten
und zweiten Elektronenstrahlgeneratoren enthält, um die Mikroorganismen
in der Luft zu behindern. Die ersten und zweiten Elektronenstrahlgeneratoren
sind einander gegenüberliegend
relativ zur Leitung angeordnet.
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Die
vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zum Sterilisieren
von Luft gerichtet, das das Ausrichten eines Elektronenstrahls in
eine Sterilisationskammer enthält.
Die Luft in die Sterilisationskammer wird im Allgemeinen gegen die
Richtung des Elektronenstrahls ausgerichtet und allgemein entlang der
Richtung des Elektronenstrahls neu ausgerichtet, um die Luft zu
bestrahlen und die Mikroorganismen in der Luft zu behindern.
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Die
Verwendung eines Elektronenstrahls, um die Luft zu sterilisieren,
in der vorliegenden Erfindung schafft eine effektivere Sterilisierung
strömender
Luft als frühere
Verfahren, wie z. B. die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, weil
die Elektronenstrahlen die Mikroorganismen schneller behindern oder
töten können. Außerdem werden
die Elektronenstrahlen in einem geringeren Maße als ultraviolettes Licht durch
Staub beeinflusst. Folglich kann die vorliegende Erfindung mit hohen
Strömungsgeschwindigkeiten
strömende
Luft effektiv sterilisieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
vorausgehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden spezielleren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung offensichtlich, wie sie in der beigefügten Zeichnung
veranschaulicht sind, in der gleiche Bezugszeichen durch die verschiedenen
Ansichten hindurch gleiche Teile bezeichnen. Die Zeichnung ist nicht
notwendigerweise maßstabgetreu,
stattdessen wurde die Betonung auf die Veranschaulichung der Prinzipien
der Erfindung gelegt.
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1 ist
eine perspektivische schematische Zeichnung einer Ausführungsform
des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine graphische Darstellung, die die Energieverteilung für einen
einzelnen Elektronenstrahl, der in die Luft gerichtet ist, darstellt.
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3 ist
eine graphische Darstellung, die sowohl die Energieverteilung für zwei entgegenwirkende
Elektronenstrahlen, die in die Luft gerichtet sind, als auch die
kombinierte Energieverteilung der zwei Strahlen darstellt.
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4 ist
eine perspektivische schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine graphische Darstellung, die die Energieverteilung für einen
einzelnen Elektronenstrahl, der in die Luft gerichtet ist, die Verteilung
der Energie, die von einem im Weg des Elektronenstrahls angeordneten
Reflektor reflektiert wird, und die kombinierte Energieverteilung
des Elektronenstrahls und der reflektierten Energie darstellt.
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6 ist
eine schematische Seitenansicht einer noch weiteren Ausführungsform
des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
eine schematische Seitenansicht einer noch weiteren Ausführungsform
des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
eine schematische Seitenansicht einer noch weiteren Ausführungsform
des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine schematische Zeichnung der Luft, die in ein geschlossenes Volumen
eintritt, die durch eine Ausführungsform
des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung sterilisiert
wird.
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11 ist
eine schematische Zeichnung der Luft innerhalb eines geschlossenen
Volumens, die durch eine Ausführungsform
des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung in einer
umlaufenden Weise sterilisiert wird.
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12 ist
eine perspektivische Zeichnung einer noch weiteren Ausführungsform
des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
eine schematische Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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14 ist
eine Vergrößerung des
unteren Abschnitts nach 13.
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15 ist
eine schematische Draufsicht der Redaktionskammer nach 13.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In 1 wird
ein Luftsterilisierungssystem 10 verwendet, um atembare
Luft zu sterilisieren, wobei es oft in ein Luftzirkulationssystem
aufgenommen wird oder in einem Luftzirkulationssystem enthalten ist,
wie z. B. ein Klimatisierungs- und/oder Heizsystem, um Mikroorganismen
innerhalb der zirkulierten Luft, z. B. sowohl Viren, Bakterien und
Pilze (einschließlich
Hefen und Schimmelpilze) als auch Pollen usw., abzutöten. Das
Luftsterilisierungssystem 10 kann außerdem verwendet werden, um
die Luft nur für
Sterilisierungszwecke zirkulieren zu lassen. Das Luftsterilisierungssystem 10 enthält eine
Luftleitung 12, durch die die Luft in der Richtung der
Pfeile zirkuliert. An gegenüberliegenden
Seiten der Luftleitung 12 sind zwei Elektronenstrahlgeneratoren 14 angeordnet,
um die Elektronen e- von entgegengesetzten Elektronenstrahlen 13 in
einer Bestrahlungszone 11 zwischen den Elektronenstrahlgeneratoren 14 in
die strömende
Luft zu richten. Die Elektronenstrahlgeneratoren 14 sind
dimensioniert, um eine vollständige Elektronenstrahlüberdeckung über den
Querschnitt (Breite und Höhe)
der Luftleitung 12 zu schaffen, sodass praktisch alle durch
die Luftleitung 12 strömende
Luft durch die Elektronenstrahlen 13 hindurchgeht. Die
Elektronenstrahlen 13 behindern oder töten in der Luft befindliche
Mikroorganismen, die in der Luft strömen, indem die DNS und/oder
strukturelle Materie beschädigt
wird und dadurch die Luft sterilisiert wird. Alle Röntgenstrahlen,
die durch die Elektronen e- gebildet werden, die auf die Wände der Luftleitung 12 auftreffen,
können
außerdem
die Behinderung einiger der Mikroorganismen unterstützen. Typischerweise
befindet sich ein Wandler 16 stromabwärts der Elektronenstrahlgeneratoren 14 in
der Luftleitung 12, um das im Sterilisierungsprozess erzeugte
Ozon (O3) zurück in Sauerstoff (O2) zu wandeln. Folglich wird, wenn die behandelte
Luft in einen von Menschen eingenommenen Bereich eingeleitet wird,
sterile atembare Luft bereitgestellt.
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Nun
folgt eine ausführlichere
Beschreibung des Luftsterilisierungssystems 10. Die Elektronenstrahlen 13 werden
von den Elektronenstrahlgeneratoren 14 durch Strahlaustrittsfenster 14a,
die sich an den distalen Enden der Elektronenstrahlgeneratoren 14 befinden,
in die Luftleitung 12 emittiert. Die Breite der Luftleitung 12 ist
häufig
etwa die gleiche wie die Breite der Strahlaustrittsfenster 14a der
Elektronenstrahlgeneratoren 14. Die Luftleitung 12 besitzt
zwei entgegengesetzte Löcher 12a,
die mit der richtigen Größe und Form
konfiguriert sind, um den Elektronenstrahlen 13 zu erlauben,
in die Luftleitung 12 einzutreten. Typischerweise sind
die Elektronenstrahlgeneratoren 14 längs einer gemeinsamen Achse
X an der Luftleitung 12 angebracht und in einer Weise abgedichtet,
die verhindert, dass die Strahlung in das Äußere der Luftleitung 12 entweicht.
Die Elektronenstrahlgeneratoren 14 sind vorzugsweise ähnlich zu denjenigen,
die in der US-Patentanmeldung US-A-6.407.492, eingereicht am 9.
Juli 1999, mit dem Titel "Electron
Beam Accelerator" offenbart
sind. Alternativ können
andere geeignete Elektronenstrahlgeneratoren verwendet werden. In
einigen Luftzirkulationssystemen ist die Luftleitung 12 etwa 20,32–30,48 cm
(8–12
Zoll) breit und etwa 12,7–15,24
cm (5–6
Zoll) hoch, um eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit der Luft
zu erhalten. In einer Ausführungsform
ist die Luftleitung 12 etwa 25,4 cm (10 Zoll) breit und
etwa 12,7 cm (5 Zoll) hoch, wobei die Elektronenstrahlgeneratoren 14 ein
Strahlaustrittsfenster 14a mit den Abmessungen von etwa 25,4
cm mal 7,62 cm (10 Zoll mal 3 Zoll) besitzen. Die Elektronenstrahlgeneratoren 14,
die für
eine derartige Leitung dimensioniert sind, arbeiten typischerweise
bei etwa 125 kV. In einer weiteren Ausführungsform, in der die Luftleitung 12 etwa
5,08 cm (2 Zoll) breit ist, können
Elektronenstrahlgeneratoren 14 verwendet werden, die ein
kreisförmiges
Austrittsfenster 14a besitzen, das einen Durchmesser von
etwa 5,08 cm (2 Zoll) besitzt, und die bei etwa 80 kV bis 100 kV arbeiten.
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Für eine 12,7
cm (5 Zoll) hohe Luftleitung 12 werden oft zwei Elektronenstrahlgeneratoren 14,
die bei etwa 125 kV arbeiten, verwendet, weil, wie aus 2 sichtlich
ist, für
einen Elektronenstrahlgenerator 14, der bei etwa 125 kV
arbeitet, die Energieverteilung oder Dosis eines einzelnen Elektronenstrahls 13 dramatisch
abnimmt, wie sich der Elektronenstrahl 13 durch die Luft
bewegt. Die Dosis des Elektronenstrahls 13 von einem einzelnen
Elektronenstrahlgenerator 14, der bei etwa 125 kV arbeitet,
ist z. B. für
etwa die ersten 3,81 cm (1 1/2 Zoll) der Wegstrecke durch die Luft
relativ konstant, fällt
dann aber bei Entfernungen, die über
3,81 cm (1 1/2 Zoll) liegen, schnell ab. Folglich sind zwei entgegengesetzte Elektronenstrahlgeneratoren 14 erwünscht, wenn
bei etwa 125 kV gearbeitet wird, um eine beständige Sterilisierung der Luft
zu erhalten, die durch die Luftleitung 12 strömt, die
etwa 25,4 cm mal 12,7 cm (10 Zoll mal 5 Zoll) groß ist. 3 zeigt,
dass zwei Elektronenstrahlgeneratoren 14, die bei etwa
125 kV arbeiten, die etwa 12,7 cm (5 Zoll) entfernt einander gegenüberliegend
angeordnet sind, zusammenwirken, um eine relativ konstante Energieverteilung
in der Luft innerhalb der Bestrahlungszone 11 der Luftleitung 12 zu
erzeugen. Obwohl die zwei Elektronenstrahlgeneratoren 14 als
längs einer
gemeinsamen Achse X ausgerichtet dargestellt sind, kann alternativ ein
Elektronenstrahlgenerator 14 stromabwärts des anderen angeordnet
oder versetzt angeordnet sein. In einem System, in dem die Luftleitung 12 nur
etwa 2,54–5,08
cm (1–2
Zoll) hoch sein muss, kann der zweite Elektronenstrahlgenerator 14 weggelassen sein.
Der zweite Elektronenstrahlgenerator 14 kann außerdem in
einer höheren
Luftleitung 12 (z. B. 12,7 cm (5 Zoll) hoch) weggelassen
sein, wo eine beständige
oder völlige
Sterilisierung nicht erforderlich ist.
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Falls
eine Luftleitung 12 höher
als 12,7 cm (5 Zoll) sein muss, können Elektronenstrahlgeneratoren 14 mit
einer höheren
Leistung als diejenigen, die oben benannt worden sind, verwendet
werden. Außerdem
können
für kleinere
Luftleitungen 12 Elektronenstrahlgeneratoren mit niedrigerer
Leistung verwendet werden. Die Breite der Elektronenstrahlgeneratoren 14 kann
variiert werden, um Luftleitungen 12 mit verschiedenen
Breiten aufzunehmen. Für
Luftleitungen 12, die Abmessungen besitzen, die bereiter als
die Elektronenstrahlgeneratoren 14 sind, kann mehr als
ein Elektronenstrahlgenerator 14 nebeneinander angebracht
sein, um die volle Breite zu bestrahlen. Die Konfiguration derartiger
nebeneinander angeordneter Elektronenstrahlgeneratoren kann aufeinander
ausgerichtet oder versetzt angeordnet sein. Außerdem können mehrere aufeinanderfolgende Elektronenstrahlgeneratoren 14 an
der Luftleitung 12 in der Richtung der Luftströmung angebracht sein, wenn äußerst hohe
Luftgeschwindigkeiten durch die Luftleitung 12 strömen. Im
Ergebnis würde
die durch die Luftleitung 12 strömende Luft durch aufeinanderfolgende
Elektronenstrahlen 13 bestrahlt werden, wobei dadurch die
Zeitdauer der Bestrahlung verlängert
wird, um das gewünschte
Niveau der Bestrahlung zu erreichen.
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Der
Wandler 16 ist häufig
ein reaktives katalytisches Filter, das ein Pelletbett besitzt,
um den hindurchströmenden
Ozon in Sauerstoff zu wandeln. Für
den Betrieb bei Zimmertemperatur enthält das Pelletbett typischerweise
kugelförmige
Mangandioxid-Pellets. Für
höhere
Temperaturen sind die Pellets typischerweise aus Platin ausgebildet.
Der Wandler 16 ist oft angrenzend an die Elektronenstrahlgeneratoren 14 angeordnet,
wie gezeigt ist, er kann aber alternativ in der Nähe des Ausgangs
der Luftleitung 12 angeordnet sein. Wenn sich der Wandler 16 in
der Nähe
des Ausgangs einer sehr langen Luftleitung 12 befindet,
kann das Ozon innerhalb der strömenden Luft,
das durch die Bestrahlung mit Elektronen e- gebildet wird, mit anderen
Mikroorganismen oder Verseuchungsstoffen reagieren oder diese neutralisieren,
die sich stromabwärts
von den Elektronenstrahlgeneratoren 14 auf den Wänden der
Luftleitung 12 befinden. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, den
Wandler 16 völlig
wegzulassen.
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Typische
Verwendungen für
das Luftsterilisierungssystem 10 liegen z. B. in Luftzirkulationssystemen
sowohl von Flugzeugen als auch von Krankenhäusern, im Hauptwetter-Zirkulationssystem
oder in den Zirkulationssystemen für Operationssäle oder Erholungsräume. Andere
Verwendungen enthalten Systeme für
Hotels, Schulen, Theater, unterirdische Minen, Einkaufszentren,
Unterseeboote, Schiffe, motorisierte Fahrzeuge usw.
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In 4 ist
das Luftsterilisierungssystem 25 eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die sich vom Luftsterilisierungssystem 10 insofern
unterscheidet, als ein einzelner Elektronenstrahlgenerator 14 verwendet
wird, um einen einzelnen Elektronenstrahl 13 zu erzeugen,
und ein Reflektor 15 innerhalb der Luftleitung 12 an
der Wand gegenüber
dem Elektronenstrahlgenerator 14 angeordnet ist. Der Elektronenstrahlgenerator 14 und
der Reflektor 15 sind längs
der Achse X an der Bestrahlungszone 11 angeordnet, die
den Raum oder Bereich dazwischen einnimmt. Einige der Elektronen
e- vom Elektronenstrahl 13 treffen auf den Reflektor 15 auf
und werden zurück
in die durch die Luftleitung 12 strömende Luft innerhalb der Bestrahlungszone 11 reflektiert.
Typischerweise ist der Reflektor 15 aus einem Material
mit hoher Dichte ausgebildet, das eine hohe Z-Zahl besitzt, wie
z. B. Blei oder Wolfram usw. Der Reflektor 15 kann innerhalb
der Luftleitung 12 angebracht sein, oder die Luftleitung 12 kann
alternativ wenigstens im die Bestrahlungszone 11 umgebenden
Bereich selbst aus dem Material mit der hohen Dichte ausgebildet
sein. In 5 ist zu sehen, dass der Elektronenstrahl 13 und
die durch den Reflektor 15 reflektierte Energie zusammenwirken,
um eine relativ konstante Energieverteilung in der Luft innerhalb der
Bestrahlungszone 11 zu erzeugen. Für einen Elektronenstrahlgenerator 14 mit
etwa 125 kV stellt die graphische Darstellung nach 5 eine
relativ konstante Energieverteilung für eine Luftleitung 12 mit
einer Tiefe oder Höhe
von etwa 6,35 cm (2,5 Zoll) vom Elektronenstrahlgenerator 14 dar.
Diese Abmessung kann vergrößert werden,
wenn ein Elektronenstrahlgenerator 14 mit größerer Leistung
verwendet wird.
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In 6 ist
in einer noch weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Luftsterilisierungssystem 22 zum
Luftsterilisierungssystem 10 ähnlich, wobei es sich insofern
unterscheidet, als die Luftleitung 12 zwei vertikale Schenkel 18 und
horizontale Schenkel 20 enthält, die sich von einem zentralen
Leitungsabschnitt 12a auf gegenüberliegenden Seiten der Elektronenstrahlgeneratoren 14 erstrecken,
um eine Abschirmung gegen die durch das System erzeugten Röntgenstrahlen
zu schaffen. Die Zickzack-Wegkonfiguration der Schenkel 18 und 20 schafft
keinen geraden Weg für
die Röntgenstrahlen, um
entweder aus dem Einlass oder Ausgang der Luftleitung 12 zu
entweichen. Die horizontalen Schenkel 20 sind typischerweise
parallel zum zentralen Leitungsabschnitt 12a, während die
vertikalen Schenkel 18 in einem rechten Winkel vorliegen.
Die Luftleitung 12 einschließlich der Schenkel 18/20 kann aus
Blei oder Stahl ausgebildet sein.
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In 7 unterscheidet
sich in einer noch weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Luftsterilisierungssystem 26 vom
Luftsterilisierungssystem 22 insofern, als das System 26 ein Kollimationssystem 24 enthält, das
aus einer Folge kleiner Leitungen 24a aus laminierten Blei
oder Stahl besteht, die sich in einer Zickzack-Konfiguration durch
die Schenkel 18/20 in den zentralen Leitungsabschnitt 12a erstrecken.
Dies schafft eine bessere Abschirmung der Röntgenstrahlen und erlaubt,
dass die Schenkel 18/20 und der zentrale Leitungsabschnitt 12a viel
kleiner gemacht werden, als es für das
Luftsterilisierungssystem 22 erforderlich ist. Die Schenkel
18/20 des Luftsterilisierungssystems 26 können z.
B. kleiner als die Hälfte
der Größe derjenigen
im System 22 sein. Der Wandler 16 für die Wandlung
des Ozons in Sauerstoff ist stromabwärts von den Kollimationslei tungen 24a gezeigt,
er kann sich aber alternativ stromaufwärts befinden. Beide Luftsterilisierungssystem 22 und 26 (6 und 7) können außerdem jedes
der Merkmale oder jede der Variationen enthalten, die früher oben
in Bezug auf die Luftsterilisierungssysteme 10 und 25 erörtert worden
sind. Außerdem
können
die Schenkel 18/20 in Winkeln ausgebildet sein, die keine rechten
Winkel sind, und dennoch in einer Zickzack-Konfiguration vorliegen.
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In 8 enthält in einer
noch weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Luftsterilisierungssystem 30 einen
Luftzirkulator 32, wie z. B. ein Gebläse oder einen Lüfter, um
eine Luftströmung
durch die Luftleitung 12 an den Elektronenstrahlgeneratoren 14 vorbei
zu erzeugen. Eine Verteilungsverbindung 28 erlaubt, dass
die sterilisierte Luft für
die Verteilung in eine Folge kleinerer Leitungen 28a verteilt
wird. Ein einzelner Wandler 16 ist vor der Verbindung 28 gezeigt,
um Ozon in Sauerstoff zu wandeln, es kann aber alternativ eine Folge
von Konvertern 16 innerhalb jeder Leitung 28a angeordnet sein.
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In 9 unterscheidet
sich in einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Luftsterilisierungssystem 34 vom
Luftsterilisierungssystem 30 insofern, als anstatt zwei
große
Elektronenstahlgeneratoren 14 innerhalb der Luftleitung 12 zu
verwenden, das System 34 eine Folge kleiner Elektronenstrahlgeneratoren 14 enthält, die
längs jeder
einzelnen Leitung 28a angeordnet sind. Jede Leitung 28a kann
verwendet werden, um Luft einem einzelnen Benutzer oder separaten
Zonen bereitzustellen. Typischerweise sind die Leitungen 28a schmal genug,
sodass nur ein Elektronenstrahlgenerator 14 für jede Leitung 28a erforderlich
ist, es können
jedoch zwei verwendet werden, falls die Luftleitungen 28a größer gemacht
werden. Außerdem
können
Reflektoren 15 verwendet werden. Beide Luftsterilisierungssystem 30 und 34 können jedes
der Merkmale oder jede der Variationen enthalten, die früher oben in
Bezug auf die Luftsterilisierungssysteme 10, 22, 25 und 26 erörtert worden
sind.
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In 10 besitzt
in einer noch weiteren Ausführungsform
ein geschlossenes Volumen 36, wie z. B. ein Raum, eine
Halle, eine Kabine oder ein Gebäude,
ein Luftsterilisierungssystem 35 mit einem Luftsterilisierungssystem-Einlasssystem 38,
um frische sterilisierte Luft in das Volumen 36 zu liefern.
Das Einlasssystem 38 ist für die Einfachheit mit nur einem Elektronenstrahlgenerator 14 schematisch
gezeigt, wobei es typischerweise zu irgendeinem Luftsterilisierungssystem 10 (1), 25 (4), 22 (6) oder 26 (7) ähnlich ist.
Ein Luftzirkulator 32 treibt die Luft in das Volumen 36.
Die Luft wird durch einen weiteren Luftzirkulator 32 durch
die Auslassleitung 42 aus dem Volumen 36 zirkuliert.
Wenn die in das Volumen 36 eingeleitete sterilisierte Luft
durch eine Folge von Lüftungsöffnungen,
die voneinander beabstandet sind, gelenkt wird, dann kann das Einlasssystem 38 entweder
zum Luftsterilisierungssystem 30 (8) oder
zum Luftsterilisierungssystem 34 (9) ähnlich sein.
Falls außerdem
das Volumen 36 relativ luftdicht ist, kann einer der Luftzirkulatoren 32 weggelassen
sein. Obwohl das Einlasssystem 38 auf der Oberseite des
Volumens 36 und die Auslassleitung 42 auf der
Unterseite gezeigt sind, können
die Positionen und die Höhe
von beiden variiert werden, um der vorliegenden Situation zu entsprechen.
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In 11 wird
in einer weiteren Ausführungsform
ein Luftsterilisierungssystem 40 innerhalb des Volumens 36 verwendet,
um die innerhalb des Volumens 36 enthaltene Luft zu zirkulieren
und zu sterilisieren. Das Luftsterilisierungssystem 40 kann zu
den Luftsterilisierungssystemen 10, 25, 22 oder 26 ähnlich sein.
Außerdem
kann, wenn mehrere Zufuhr-Lüftungsöffnungen
gewünscht
werden, das Luftsterilisierungssystem 40 zu irgendeinem
der Luftsterilisierungssysteme 30 oder 34 ähnlich sein.
Obwohl der Einlass und der Auslass des Luftsterilisierungssystems 40 nah
beieinander gezeigt sind, können
alternativ der Einlass und der Auslass entfernt angeordnet sein,
wie z. B. auf gegenüberliegenden
Seiten des Volumens 36. Obwohl in 11 keine
Einlass- oder Auslassleitungen in das und aus dem Volumen 36 dargestellt
sind, können
außerdem
alternativ aktiv betriebene oder passive Einlass/Auslass-Leitungen oder
-Lüftungsöffnungen
enthalten sein.
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In 12 ist
das Luftsterilisierungssystem 45 eine noch weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die verwendet werden kann, um durch einen
kreisförmigen
Kanal oder eine kreisförmige Leitung 44 strömende Luft
zu sterilisieren. Das System 45 enthält einen rechteckigen Leitungsabschnitt 48,
an dem entgegengesetzte Elektronenstrahlgeneratoren 14 angebracht
sind. Typischerweise besitzt der Leitungsabschnitt 48 eine
niedrigere Höhe
als die Leitung 44, er besitzt aber eine größere Breite.
Dies erlaubt, dass die Elektronenstrahlgeneratoren 14 für eine ausreichende
Behandlung der durch die Leitung 44 strömenden Luft mit Elektronenstrahlen 13 verwendet
werden, die normalerweise nicht ausreichend hohe Leistung besitzen
würden,
um tief genug durch die strömende
Luft in die Leitung 44 einzudringen, um eine ausreichende
Behandlung zu erhalten. Die Übergangsabschnitte 46 verbinden
die Leitungsabschnitte 48 mit der Leitung 44 auf
gegenüberliegenden
Seiten des Leitungsabschnitts 48. Die Übergangsab schnitte 46 besitzen
eine Höhe,
die von der Leitung 44 zum Leitungsabschnitt 48 fortschreitend abnimmt,
und eine Breite, die von der Leitung 44 zum Leitungsabschnitt 48 fortschreitend
zunimmt. Typischerweise besitzen die Übergangsabschnitte 46 winklige
Ober-, Unter- und Seitenwände,
aber alternativ können
die Wände
gekrümmt
sein. Die Elektronenstrahlgeneratoren 14 befinden sich
aneinanderstoßend
nebeneinander, um eine kontinuierliche Elektronenstrahlüberdeckung über die
Breite des Leitungsabschnitts 48 zu schaffen. Eine oder
mehrere zusätzliche
Reihen von Elektronenstrahlenemittern 14 können in
der Richtung der Strömung
angeordnet sein, um die Zeitdauer der Bestrahlung zu verlängern, wie
gezeigt ist. Falls die Höhe
des Leitungsabschnitts 48 niedrig genug ist, kann eine
einzelne unbehinderte Reihe von Elektronenstrahlemittern 14 verwendet
werden. Obwohl in 12 kein Wandler 16 dargestellt
ist, ist es selbstverständlich,
dass ein derartiges Merkmal im System 45 enthalten sein kann.
Außerdem
können
die winkligen Übergangsabschnitte 46 verwendet
werden, wenn zwei entgegengesetzte Elektronenstrahlgeneratoren 14 oder
ein einzelner Elektronenstrahlgenerator 14 verwendet werden.
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In
den 13–15 ist
das Luftsterilisierungssystem 50 eine noch weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, die geeignet ist, um relativ kleine Strömungsgeschwindigkeiten
zu behandeln. Das System 50 enthält einen kleinen Elektronenstrahlgenerator 14 mit
niedriger Leistung, der an einer Redaktions- oder Sterilisationskammer 52 angebracht
ist. Der Elektronenstrahlgenerator 14 enthält ein zylindrisches
Gehäuse 54,
das an einem Ende ein Austrittsfenster 14a besitzt. Eine
innerhalb des Gehäuses
angeordnete Elektronenkanone 56 erzeugt Elektronen e-,
die durch das Austrittsfenster 14a in einen Elektronenstrahl 13 beschleunigt
werden. Das distale Ende des Gehäuses 54 des
Elektronenstrahlgenerators 14 ist an der Redaktionskammer 52 in
einer Weise angebracht, in der das Austrittsfenster 14a über dem
inneren Hohlraum 52a der Relationskammer 52 angeordnet
und abgedichtet ist, sodass die durch die Elektronenkanone 56 erzeugten Elektronen
e- durch das Austrittsfenster 14a in den Hohlraum 52a beschleunigt
werden können.
Die Redaktionskammer 52 besitzt einen Einlass 58,
durch den die strömende
Luft eintritt. Eine Düse 62 (14 und 15)
ist am Ende oder in der Nähe
des Endes des Einlasses 58 angeordnet, um einen Strahl
der Luft in den Hohlraum 52a zum Austrittsfenster 14a zu lenken,
wobei die Mittelachse des Strahls im Wesentlichen senkrecht zum
Austrittsfenster 14a und im Allgemeinen axial zur oder
längs derselben
Richtung wie der Elektronenstrahl 13 verläuft. Die
Düse 62 ist auf
der Unterseite des Hohlraums 52a gegenüber dem Austrittsfenster 14a zentral
angeordnet, um die Luft gleichmäßig zum
Austrittsfenster 14a zu lenken. Die Intensität des Elektronenstrahls 13 in
der strömenden
Luft nimmt von nah bei null am Boden des Hohlraums 52a zu
etwa voller Intensität
angrenzend an das Austrittsfenster 14a zu. Folglich besitzt
die Bestrahlungszone 11 im Bereich in der Nähe des Austrittsfensters 14a die
höchste
Intensität
der Elektronen e-.
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Die
Luft wird durch den Elektronenstrahl 13 in der Bestrahlungszone 11 behandelt,
wie sie zum Austrittsfenster 14a strömt, wobei sie dann vom Austrittsfenster 14a weg
in eine Folge von Auslässen 64 strömt, die
bei der oder um die Düse 62 gleichmäßig angeordnet
sind. Dies führt
zu einer pilzförmigen Strömung der
Substanzen. Die Luft wird sowohl in den Vorwärts- als auch Rückwärts-Strömungsrichtungen
mit der zunehmenden und abnehmenden Bestrahlungsintensität des Elektronenstrahls
bestrahlt, die zusammenwirken, um zu einer relativ gleichmäßigen Bestrahlung
zu führen.
Folglich wirkt der Hohlraum 52a als eine Gegenstromleitung,
in der die Strömung
der Luft die Richtung umkehrt. In einer Ausführungsform werden vier Auslässe 64 verwendet.
Die Auslässe 64 stehen
mit einer Kammer 66 in Verbindung, die mit dem Auslass 68 der
Reaktionskammer 52 verbunden ist, durch den die behandelte
Luft strömt.
In einer derartigen Ausführungsform
kann der Elektronenstrahlgenerator 14 ein Austrittsfenster 14a mit
einem Durchmesser von 5,08 cm (2 Zoll) besitzen und bei etwa 60
kV arbeiten, wobei die Reaktionskammer 52 einen Hohlraum 52a mit
einem Durchmesser von etwa 5,08 cm (2 Zoll) und einer Höhe von etwa
5,08 cm (2 Zoll) besitzt. Außerdem
würden
irgendwelche Trenn- oder Filtervorrichtungen 16 stromabwärts vom
Auslass 68 der Reaktionskammer 52 angeordnet sein.
Der Einlass 58, die Düse 62,
der Hohlraum 52a, die Auslässe 64, die Kammer 66 und der
Auslass 68 einschließlich
der Verbindungen mit dem Einlass 58 und dem Auslass 68 können als
eine kontinuierliche Leitung ausbildend betrachtet werden.
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Während diese
Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben worden ist, ist es für die Fachleute auf dem Gebiet
selbstverständlich, dass
verschiedene Änderungen
in der Form und den Einzelheiten darin vorgenommen werden können, ohne
vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche eingeschlossen
ist.
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Anstatt
zwei große
Elektronenstrahlgeneratoren 14 einander gegenüberliegend
anzuordnen, kann z. B. alternativ eine Folge kleiner Elektronenstrahlgeneratoren 14 eine
kreisförmige
oder ringförmige
Luftleitung umgeben, um eine Folge von Elektronenstrahlen darin
radial auszurichten. In einer rechteckigen Leitungskonfiguration
können
Elektronenstrahlgeneratoren 14 an allen vier Seiten angeordnet
sein. Es ist selbstverständlich,
dass die oben beschriebenen Luftleitungen im Querschnitt rechteckig,
polygonal, kreisförmig
oder gekrümmt
sein können,
und dass die Abmessungen oder die Querschnittsfläche abhängig von der vorliegenden Anwendung
variiert werden können.
Außerdem
können die
Größe und die
Kapazität
der Elektronenstrahlgeneratoren 14 variiert werden, um
speziellen Anwendungen zu entsprechen. Obwohl die graphischen Darstellungen
der 2, 3 und 5 für Elektronenstrahlgeneratoren 14 sind,
die bei etwa 125 kV arbeiten, ist die Form der Kurven für jede Betriebsspannung
oder Leistung ähnlich.
Außerdem
können verschiedene
Merkmale der oben beschriebenen Luftsterilisierungssysteme kombiniert,
ersetzt oder weggelassen werden. In allen oben beschriebenen Luftsterilisierungssystemen
kann ein allgemeines Filter, um große Partikel und Bruchstücke zu erfassen, stromaufwärts der
Elektronenstrahlgeneratoren 14 angeordnet sein. Ein Luftzirkulator 32 kann
entweder stromaufwärts
oder stromabwärts
der Elektronenstrahlgeneratoren 14 oder sowohl stromaufwärts als auch
stromabwärts
angeordnet sein. In einigen Fällen
können
einige oder alle Luftzirkulatoren 32 weggelassen sein,
falls die Zirkulation durch die Luftleitungen durch andere Mittel,
wie z. B. natürliche
Luftströmungen,
geschaffen werden kann. Außerdem können außer der
Behinderung von Mikroorganismen in der Luft einige Verseuchungsstoffe
in der Luft, wie z. B. Chemikalien, Dämpfe oder Gase, durch die vorliegende
Erfindung entfernt oder neutralisiert werden. Schließlich können die
Luftsterilisierungssysteme der vorliegenden Erfindung Teil eines
Luftzirkulationssystems sein oder innerhalb eines Luftzirkulationssystems
vorhanden sein, oder sie können
selbst ein Luftzirkulationssystem sein.