KR20170046799A - 조절된 파워 플럭스를 갖는 펄스화된 광을 사용하는 룸 및 구역 살균 장치 및 펄스 간의 가시 광 보상을 갖는 광 시스템 - Google Patents
조절된 파워 플럭스를 갖는 펄스화된 광을 사용하는 룸 및 구역 살균 장치 및 펄스 간의 가시 광 보상을 갖는 광 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 20 Hz 보다 큰 주파수에서 살균성 광 펄스를 생성하고 상 광 펄스를 살균 장치로부터 적어도 1.0 미터 떨어진 표면들에 투사하는 살균 방법 및 장치를 제공한다. 상기 광 펄스는 상기 표면들에서 대략 200 W/m2 내지 5000 W/m2의 파워 플럭스(power flux)를 갖는, 200 nm 내지 320 nm의 파장 범위의 자외선 광을 생성하기에 충분한 펄스 지속시간(pulse duration) 및 에너지 플럭스를 갖는다. 본 발명은, 살균성 광원으로부터의 살균성 광과 가시광을 포함하는 광 펄스를 생성하고 살균성 광원과는 다른 가시 광원으로부터의 광 펄스를 생성하는 다른 살균 방법 및 장치를 제공한다. 광원으로부터의 가시 광의 투사는 가시 광의 연속적 스트림(continuous stream) 또는 60 Hz 보다 큰 주파수로 펄스화된 가시 광의 집합적 스트림(collective stream)을 생성한다.
Description
본 발명은 광 살균 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 조절된 파워 플럭스(power flux)를 갖는 펄스화된(pulsed) 광을 사용하는 룸(room) 및 구역 살균 시스템 및 방법, 및 펄스들 간의 가시 광 보상을 갖는 광 시스템에 관한 것이다.
다음의 설명 및 실례를 본 배경 기술 섹션에서 포함시킴으로써 이러한 설명 및 실례가 종래 기술이라고는 인정되지 않는다.
펄스형 광원들은 자외선(UV) 광의 재현 펄스들을 생성하기 위해서 다양한 용도들에서 사용된다. 이러한 용도들의 실례들은 폴리머 경화, 식품 살균, 유체 및 대상 살균, 및 룸/구역 살균을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 특히, 펄스화된 UV 광이 짧은 기간에 구역/룸 내의 병원성 미생물의 수를 크게 저감시킬 수 있다고 입증된 바 구역/룸 살균에서 그 관심 용도가 점점 되고 있다. 특히, 펄스화된 UV 광은 룸 내의 대상들의 반사도 및 복잡도와 같은 인자들에 따라서, UV 광원으로부터 대략 3 미터 내의 거리에 있는 룸/구역 내의 대상 및 표면에 있는 미생물을 비활성화시키고 일부 경우들에서는, 멸균시킬 수 있다고 알려졌다. 또한, 펄스화된 UV 광은 대략 5 분 미만의 시간에 인간의 건강에 매우 덜 유해하다고 고려된 레벨로 룸/구역 내의 병원성 미생물의 수를 줄일 수 있다고 입증되었다. 구역/룸 살균 용도의 실례는 병원에서 사용되는 것들 및 예를 들어, 동물을 사육하고/하거나 기르기 위한 농축산 작업에서 사용되는 것들이다.
수많은 연구들이 미생물 비활성화에 대한 살균 효율은 주로 인가된 자외선 전자기 방사선 서브타입 C(UVC) 광의 투여 및 자외선 전자기 방사선 서브타입 B(UVB)에서의 효율 또는 200 내지 320 나노미터 파장의 에너지의 투여로 기인된다고 제시한다. 이러한 효율은 미생물에 도달하는 입사 광자마다 발생하는 살균 작용의 수 또는 양자 수율을 측정함으로써 규정된다. 식품의 UV 살균용 펄스화된 UV 광의 통상적인 사용은 구체적으로 UV 광이 식품의 표면의 기공 또는 틈 내로 침투할 수 있도록 UVC 투여량을 최대화하기 위한 펄스당 높은 파워 레벨에 일반적으로 의존한다. UV 경화 및 소결 프로세스들 또한 UV 투여량을 최대화하기 위해서 펄스당 상대적으로 높은 레벨의 파워를 사용한다. 미생물을 비활성화하기 위해서 펄스화된 UV 광을 사용하는 다른 용도들에서, 예를 들어, 폐기수 살균에서, 상대적으로 낮은 펄스 파워가 소정의 기간 동안에 UVC 투여량을 최대화할 수 있도록 상대적으로 높은 주파수로 사용될 수 있다. 특히, 펄스 파워 및 펄스 주파수 각각은 UVC 투여량에 영향을 주지만(그러나, 반드시 비례하는 영향을 주지는 않음), 서로에 대해 반비례 관계를 가지며(즉, 펄스당 파워가 높으면, 펄스 주파수는 보다 낮아지며, 펄스당 파워가 낮으면, 펄스 주파수는 높아짐), 이로써, 각각은 용도의 필요사항에 따라서 변할 수 있다.
그러나, 펄스 UV 광을 사용하는 구역/룸 살균은 어느 펄스 파워 및 펄스 주파수가 최적화될 수 있는지에 대한 한계사항을 유도한다. 특히, 구역/룸 살균 프로세스들은 UV 광이 상대적으로 긴 거리(예를 들어, UV 광원으로부터 3 미터에 달하는 거리)까지 투과될 수 있어야 한다는 점에서 다른 펄스화된 UV 광 프로세스들(예를 들어, 경화, 소결, 식품 살균 및 폐기수 처리 프로세스들)과는 상이하다. 역제곱 법칙에 의해서, 펄스화된 UV 광을 사용하는 통상적인 구역/룸 살균 용도들은 일반적으로 룸/구역에 걸쳐서 UVC의 충분한 투여량이 투과되는 것을 보장하기 위해서 펄스당 상대적으로 높은 레벨의 파워를 사용하는 것으로 한정된다. 생성된 UVC 투여량을 최대화하기 위해서, 펄스 UV 광을 사용하는 통상적인 구역/룸 살균 용도들은 상대적으로 낮은 펄스 주파수(예를 들어, 대략 2 Hz 미만)를 사용한다. 상대적으로 낮은 펄스 주파수라는 절충으로 인해서, 펄스 UV 광을 사용하는 구역/룸 살균 장치는 장치의 크기 한계로 인해서 해당 펄스에 대해서 생성할 수 있는 파워 레벨에 한계가 있을 수 있다. 특히, 구역/룸 살균 장치들이 건물의 다수의 룸들로 이동할 수 있도록 구역/룸 살균 장치들이 용이하게 이동가능하게 되는 것이 때로 바람직하며 이로써 이를 동작시키는데 사용되는 펄스화된 램프 및 전력 공급부가 제한될 수 있다. 펄스화된 UV 사용의 다른 용도들(예를 들어, 경화, 소결, 식품 살균 및 폐기수 처리 프로세스들)은 일반적으로 이동성을 위해서는 설계되지 않으며, 이로써, 자신이 생성할 수 있는 UV 광의 양에 제한되지 않는다.
또한, 펄스 UV 광을 사용하는 통상적인 구역/룸 살균 용도들은 일반적으로 펄스 주파수가 시저(seizure)를 잠재적으로 유도(이의 범위는 일반적으로 3 내지 60 Hz로서 간주됨)하지 못하도록 2 Hz 미만의 주파수들로 제한된다. 특히, 펄스화된 UV 광을 사용하는 구역/룸 살균이 통상적으로 UV 광의 노출을 제한하거나 막기 위해서 빈 룸/구역 내에서 자동화된 장치에 의해서 수행되지만, 일부 룸들/구역들은 살균 장치로부터 생성된 가시 광을 차단할 수 없다. 펄스화된 광의 노출 강도 및/또는 펄스 레이트를 제한하기 위해서, 룸/구역으로부터 가시 광의 투과를 차단하는 수단이 때로 사용되는데, 예를 들어, 룸의 창을 막거나 룸 구획부의 상단 및/또는 하단의 갭을 막는 수단이 사용된다. 그러나, 이러한 차폐 수단들은 모든 구역들/룸들로부터의 모든 광을 차단하지는 못하며, 이로써, 펄스화된 UV 광을 사용하는 구역/룸 살균 장치의 펄스 주파수는 일반적으로 안전성을 고려하여서 2 Hz 미만으로 제한될 수 있다.
펄스화된 UV 광의 살균 효율이 주로 전체적인 UVC 투여량 및 펄스 UV 광을 사용하는 구역/룸 살균 장치들의 전술한 제한사항들에 의존한다는 일반적인 지식을 살펴보면, 펄스 UV 광을 사용하는 통상적인 구역/룸 살균 장치들의 효율 및 효율성은 제한될 수 있다. 따라서, 펄스 UV 광을 사용하는 구역/룸 살균 장치들의 효율 및 효율성을 증가시키기 위한 방법들 및 시스템들을 개발하는 것이 유리할 것이다.
장치들의 다양한 실시예들의 다음의 설명은 첨부된 청구항들의 청구 대상을 한정하는 방식으로 해석되지 말아야 한다.
인간의 점유에 적합한 폐쇄된 공간에서 표면들 상의 세균 오염을 저감시키는 방법의 실시예들은 인간의 점유에 적합한 폐쇄된 공간 내에 배치된 살균 장치의 살균성 광원(germicidal light source)으로부터 대략 20 Hz 보다 큰 주파수로 광의 펄스들을 생성하는 단계; 및 상기 살균 장치로부터 적어도 1.0 미터만큼 떨어진, 상기 폐쇄된 공간 내의 표면들에 상기 광의 펄스들을 투사하는 단계를 포함한다. 상기 살균성 광원에 의해 생성된 광의 펄스들은 상기 표면들에서 대략 200 J/m2 내지 대략 5000 J/m2의 파워 플럭스를 갖는, 200 nm 내지 320 nm의 파장 범위의 자외선 광을 생성하기에 충분한 펄스 지속시간(duration) 및 에너지 플럭스(energy flux)를 갖는다. 이러한 방법을 수행하는 장치의 실시예는 살균성 광원으로부터 생성된 살균성 광이 장치의 외부로 투사되도록 상기 장치 내에서 배치된 살균성 광원을 포함한다. 상기 장치는 대략 20 Hz 보다 큰 주파수로 살균성 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하도록 구성된 회로를 더 포함한다.
표면들을 살균하기 위한 방법의 다른 실시예들은 광의 펄스들을 살균성 광원으로부터 생성하는 단계로서, 상기 살균성 광원으로부터의 광의 펄스들은 살균성 광 및 가시 광을 포함하는, 상기 살균성 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하는 단계; 및 상기 살균성 광원과는 별도인 가시 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 가시 광원으로부터의 가시 광의 투사 및 상기 살균성 광원으로부터의 가시 광의 투사는 60 Hz 보다 큰 주파수로 펄스화된 가시 광의 집합적 스트림(collective stream) 또는 가시 광의 연속적 스트림(continuous stream)을 생성한다. 이러한 방법을 수행하는 살균 장치의 실시예는 살균성 광 및 가시 광을 방출하도록 구성된 살균성 광원 및 설정된 주파수로 살균성 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하도록 구성된 펄스 회로를 포함한다. 이러한 장치는 살균성 펄스형 광원과는 별도인 가시 광 램프 및 가시 광 램프로 하여금 광을 생성하게 하도록 구성된 추가 회로를 더 포함한다.
본 발명의 다른 목적들 및 이점들이 첨부 도면들을 참조하여 다음의 상세한 설명을 독해하면 명백해질 것이다.
도 1은 룸/구역 살균 장치의 실례를 예시한다.
도 2는 본 명세서에서 개시된 장치들의 광원들을 위해서 사용될 수 있는 냉각 시스템의 실례를 예시한다.
도 3은 상이한 룸/구역 살균 장치의 실례를 예시한다.
도 4 및 도 5는 폐쇄된 공간들의 실례를 예시한다.
도 6은 램프 표면 및 램프로부터의 1.0, 2.0 및 3.0 미터 떨어진 거리들에 대한 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스 및 파워 플럭스의 목표 범위들을 예시한다.
도 7은 살균성 펄스형 광원에서 대략 2 미터 떨어진 표면에서 시간에 따른 5 개의 상이한 트리거 전압 주파수들의 살균 효율을 도시하는 그래프를 예시한다.
도 8은 살균성 광원 및 별도의 가시 광원을 갖는 장치의 실례를 예시한다.
도 9는 도 8에 도시된 장치의 광원들 각각에서 광을 생성하기 위한 옵션들의 도면을 예시한다.
본 발명이 다양한 수정사항들 및 대안 형태들로 될 수 있지만, 본 발명의 특정 실시예들이 첨부 도면들에서 예시적으로 도시되며 본 명세서에서 세부적으로 기술될 것이다. 그러나, 도면들 및 이의 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 한정하고자 하는 것이 아니며 대신에 첨부된 청구항들에 의해서 규정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 해당하는 수정사항들, 균등사항들 및 대안사항들 모두를 포함하고자 의도한다는 것이 주목되어야 한다.
도 1은 룸/구역 살균 장치의 실례를 예시한다.
도 2는 본 명세서에서 개시된 장치들의 광원들을 위해서 사용될 수 있는 냉각 시스템의 실례를 예시한다.
도 3은 상이한 룸/구역 살균 장치의 실례를 예시한다.
도 4 및 도 5는 폐쇄된 공간들의 실례를 예시한다.
도 6은 램프 표면 및 램프로부터의 1.0, 2.0 및 3.0 미터 떨어진 거리들에 대한 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스 및 파워 플럭스의 목표 범위들을 예시한다.
도 7은 살균성 펄스형 광원에서 대략 2 미터 떨어진 표면에서 시간에 따른 5 개의 상이한 트리거 전압 주파수들의 살균 효율을 도시하는 그래프를 예시한다.
도 8은 살균성 광원 및 별도의 가시 광원을 갖는 장치의 실례를 예시한다.
도 9는 도 8에 도시된 장치의 광원들 각각에서 광을 생성하기 위한 옵션들의 도면을 예시한다.
본 발명이 다양한 수정사항들 및 대안 형태들로 될 수 있지만, 본 발명의 특정 실시예들이 첨부 도면들에서 예시적으로 도시되며 본 명세서에서 세부적으로 기술될 것이다. 그러나, 도면들 및 이의 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 한정하고자 하는 것이 아니며 대신에 첨부된 청구항들에 의해서 규정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 해당하는 수정사항들, 균등사항들 및 대안사항들 모두를 포함하고자 의도한다는 것이 주목되어야 한다.
대략 3 Hz 보다 큰 주파수로 살균성 광원들로부터 광의 펄스들을 생성하는, 표면들을 살균하기 위한 방법들 및 장치들이 제공된다. 특히, 통상적인 살균 장치들로부터 생성된 광의 펄스들보다 상당히 낮은 파워 플럭스로 그리고 대략 20 Hz 보다 큰 주파수로 자외선 광의 펄스들을 생성하는 방법들 및 장치들이 제공된다. 이러한 방법들 및 장치들은 도 1 내지 도 7을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 기술된다. 또한, 대략 3 Hz 내지 대략 60 Hz의 주파수로 하나의 램프로부터 자외선 광 및 가시 광을 포함하는 광의 펄스들을 생성하고, 2 개의 램프들에 의해 방출된 가시 광이 50 Hz 보다 큰 주파수로 펄스화된 가시 광의 집합적 스트림 또는 가시 광의 연속적 스트림을 생성하는 것을 보장하도록 별도의 램프로부터 가시 광을 더 방출하는 방법들 및 장치들 제공된다. 이러한 방법들 및 장치들은 도 8 및 도 9를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 기술된다. 이하에서 보다 상세하게 제시될 바와 같이, 본 명세서에서 기술되는 장치들 및 구성요소들은 도면들의 도시사항들로 한정되지 않는다. 이러한 장치들 및 구성요소들의 몇몇 다른 구성들이 고려될 수도 있다. 또한, 도면들은 반드시 실제 크기대로 도시된 것은 아니다는 것이 주목된다.
본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들 각각은 살균성 광원의 사용을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "살균성 광원"은 살균성 광, 즉, 미생물, 특히, 질병 전염성 및/또는 질병 생성 미생물(세균으로 알려짐)을 비활성화시키거나 멸균할 수 있는 광을 생성 및 방출하도록 설계된 광원을 말한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "멸균"은 유기체의 사망을 초래하는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "비활성화(deactivation)"은 생물체를 멸균하지 않고서 생물체가 번식할 수 없게 하는 것을 의미한다. 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들에서 고려되는 살균성 광원들은 임의의 타입의 살균성 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 살균성이 있는 것으로 알려진 광의 범위들은 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광 내지 대략 400 nm 내지 대략 470 nm의 보라색 내지 청색 가시광(또한 고강도 협대역(high-intensity narrow-spectrum: HINS) 광으로 알려짐)을 포함한다. 자외선 광 및/또는 HINS 광을 생성하도록 구성될 수 있는 살균성 광원들의 실례들은 방전 램프들, 발광 다이오드(LED) 고체상 소자들, 및 엑시머 레이저들을 포함한다. HINS 램프들은 일반적으로 LED들로 구성된다. 일부 경우들에서, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들에서 고려되는 살균성 광원들은 이들이 2 개 이상의 파장의 광을 생성한다는 점에서 다색(polychromatic)일 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들에서 고려되는 살균성 광원들은 예를 들어, 다음으로 한정되지 않지만, 가시 광과 같은 살균성이 없는 광을 생성할 수 있지만, 이러한 바가 이러한 광원들을 살균성이 있는 광으로 참조하는 것을 금지하는 것은 아니다.
임의의 경우에서, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들에서 고려되는 살균성 광원들은 장치들의 설계 사양들에 따라서, 임의의 크기 및 형상을 가질 수 있다. 대략 50 cm2 내지 대략 250cm2의 외측 표면적들을 갖는 램프들이 룸/구역 살균 프로세스들에 대한 것이기 때문에, 특히, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들에 대해서 적합할 수 있지만, 이보다 큰 외측 표면적 또는 작은 외측 표면적을 갖는 램프들도 역시 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들은 대략 3 Hz 보다 큰 주파수들로 살균성 광원들로부터 광의 재현 펄스들을 생성한다. 이로써, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들은 살균성 광원들로부터 광의 펄스들을 생성하는 것을 가능하게 하는 구성들을 포함한다. 예를 들어, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들은 펄스형 살균성 광원, 및 설정된 펄스 지속시간 동안에 저장된 양의 전기 에너지를 펄스형 살균성 광원에 트리거(trigger)하기 위한 인가가능한 회로를 사용할 수 있다. 구성요소들의 이러한 구성을 갖는 장치의 실례가 도 1을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 기술된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "펄스형 살균성 광원(pulsed germicidal light source)"은 오직 살균성 광의 재현 펄스들만을 생성 및 방출하도록 설계된 램프를 말한다(즉, 이 램프는 살균성 광의 연속적 스트림들을 생성 및 방출하지 못한다). 이러한 램프들은 자신으로 연속적 전류가 인가되면 살균성 광의 연속적 스트림들을 생성 및 방출하도록 구성된 "연속형 살균성 광원들"과는 상이하다. 일부 경우들에서, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들은 연속형 살균성 광원 및 이 연속형 살균성 광원이 살균성 광의 재현 펄스들을 생성 및 방출할 수 있도록 설정된 주파수로 연속형 살균성 광원을 턴 온 및 오프하기 위한 인가가능한 회로를 사용할 수 있다. 구성요소들의 이러한 구성을 갖는 장치의 실례가 도 3을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 기술된다. 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들에 대한 이러한 양 타입들의 광원들을 수용하기 위해서, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들은 살균성 광의 재현 펄스들을 생성하는 방법들, 디바이스들, 장치들 또는 시스템들로서 지칭될 수 있다.
상술한 바와 같이, 자외선 광 및/또는 HINS 광을 생성하도록 구성될 수 있는 살균성 광원들의 실례들은 방전 램프들을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 방전 램프는 가스 내에서 전극들 간의 내부 전기 방전에 의해서 광을 생성하는 램프를 말한다. 이 용어는 이온화된 가스(즉, 플라즈마)를 통해서 전기 방전을 전달함으로써 광을 생성하는 가스-방전 램프들을 포함한다. 이 용어는 또한 유전체 기판의 표면을 따라서 플라즈마를 생성하는, 가스의 존재 시에 유전체 기판의 표면을 따라서 전기 방전을 전달함으로써 광을 생성하는 표면-방전 램프들을 포함한다. 이로써, 본 명세서에서 기술되는 살균성 광원들로서 고려될 수 있는 방전 램프들은 가스-방전 램프들 및 표면-방전 램프들을 포함할 수 있다. 방전 램프들은 사용된 가스/가스들의 타입 및 이 가스들이 동작하는 압력에 의해서 더 특성화될 수 있다. 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들을 위해서 고려될 수 있는 방전 램프들은 저압 방전 램프, 중압 방전 램프 및 고압 방전 램프를 포함한다. 또한, 사용된 가스/가스들은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 질소, 산소, 수소, 수증기, 이산화탄소, 수은 증기, 나트륨 증기 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다양한 첨가제 및/또는 다른 물질들이 사용된 가스/가스들 내에 포함될 수 있다. 임의의 경우에서, 본 명세서에서 기술되는 살균성 광원으로 고려되는 방전 램프들은 연속적 광을 생성하는 방전 램프 및 광의 재현 펄스들을 생성하는 방전 램프를 포함할 수 있으며, 광의 재현 펄스들을 생성하는 방전 램프는 때로 플래시튜브 또는 플래시램프로서 지칭된다.
연속적 광을 생성하는데 사용되는 통상적으로 가용한 가스-방전 램프는 수은-증기 램프이며, 이 수은 증기 램프는 본 명세서에서 기술되는 살균성 광원들 중 일부로서 고려될 수 있다. 이 수은 증기 램프는 253.7 nm에서 광의 강한 피크를 방출하며, 이는 특히, 살균성 소독에 적용가능하며, 따라서 자외선 살균성 조사(ultraviolet germicidal irradiation: UVGI)를 위해서 통상적으로 참조된다. 본 명세서에서 기술되는 살균 장치용으로 고려될 수 있는 통상적으로 사용되는 플래시램프는 크세논 플래시튜브(flashtube)이다. 크세논 플래시튜브는 자외선 내지 적외선의 광의 넓은 대역(가시 광을 포함함)을 생성하며, 이로써 살균성을 갖는 것으로 알려진 전체 대역(즉, 대략 200 nm 내지 대략 320 nm)에 있는 자외선 광을 제공한다. 또한, 크세논 플래시튜브는 최적으로 살균성을 갖는 것으로 알려진 파장 범위들(즉, 대략 229 nm 내지 대략 231 nm 및 대략 260 nm 내지 대략 265 nm)에서 상대적으로 충분한 강도를 제공할 수 있다. 또한, 크세논 플래시튜브는 매우 많은 양의 열을 생성하는데, 이는 미생물의 비활성화 및 멸균에 더 기여할 수 있다.
상술한 바와 같이, 표면-방전 램프는 또한 본 명세서에서 기술되는 살균 장치들 중 일부용으로서 고려될 수 있다. 크세논 플래시튜브와 유사하게, 표면-방전 램프는 살균성을 갖는 것으로 알려진 전체 대역(즉, 대략 200 nm 내지 대략 320 nm)에 있는 자외선 광을 제공한다. 하지만, 반대로, 표면-방전 램프들은 펄스당 높은 에너지 레벨에서 동작하며, 이로써, 크세논 플래시튜브에 비해서 보다 큰 UV 효율, 및 보다 긴 램프 수명을 제공한다. 수은-증기 램프, 크세논 플래시램프 및 표면 방전 램프의 전술한 설명들 및 비교사항들은 본 명세서에서 기술되는 살균 장치들이 이러한 램프들만을 포함하는 것으로 한정하고자 하는 것이 아님이 주목된다. 이보다는, 전술한 설명들 및 비교사항들은 단지 본 기술 분야의 당업자가 특히, 살균 장치의 목적 및 용도에 따라서, 살균 장치에 맞은 방전 램프를 선택할 때에 고려할 수 있는 요소들을 제공하고자 할 뿐이다.
도면들을 참조하면, 도 1은 통상적인 살균 장치들로부터 생성된 광의 펄스들에 비해서, 매우 낮은 파워 플럭스로 그리고 대략 20 Hz 보다 큰 주파수들로 자외선 광의 펄스들을 생성하도록 구성된 장치의 실례를 예시한다. 특히, 도 1은 살균성 펄스형 광원(22)에 대한 이러한 기능들에 영향을 주는 다수의 구성요소들을 갖는 베이스부(base)(24)를 갖는 장치(20)를 도시하며, 이러한 구성요소들의 세부사항들은 이하에서 보다 상세하게 기술될 것이다. 보다 구체적으로, 도 1은 에너지 저장 요소/요소들(26), 트리거 전압 회로(trigger voltage circuitry)(28), 전력 회로(30), 펄스 지속시간 회로(pulse duration circuitry)(32), 프로그램 인스트럭션(program instructions)(34), 프로세서(36), 및 선택사양적 배터리(38)를 포함하는 베이스부(24)를 예시한다. 도 1에서 더 도시된 바와 같이, 장치(20)는 추가 구성요소들, 예를 들어, 원격 사용자 인터페이스(40), 전력선(power cord)(42), 바퀴(44) 및 점유 감지 센서(occupancy sensor)(46)를 포함할 수 있다. 주목된 구성요소들의 배치는 도 1의 도시사항으로 제한되지 않으며, 이보다는 구성요소들은 이들이 장치(20)에 부여하는 기능들을 실행하도록 임의의 위치에 배치될 수 있다는 것이 주목된다. 이로써, 도 1의 베이스부(24) 내에 도시된 구성요소들은 반드시 베이스부(24) 내부에 배치될 필요는 없다. 또한, 전력선(42), 바퀴(44) 및 점유 감지 센서(46)는 장치(20)의 다른 위치들에 배치될 수 있다. 임의의 경우에서, 장치(20)는 도 1에 도시되지 않은 추가 또는 대안 구성요소들을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 다음으로 한정되지 않지만, (원격 사용자 인터페이스(40)에 대한 대안으로서 또는 이에 추가하여서) 해당 장치 상의 사용자 인터페이스, 장치의 휴대성을 보조하는 핸들, (전력선(42)에 대한 대안으로서 또는 이에 추가하여서) 전력 소켓 유입부(power socket inlet), 추가 센서들, 예를 들어, 추가 점유 감지 센서 및 광 센서를 포함할 수 있다.
장치(20) 내에서의 그들의 위치와 무관하게, 장치(20)의 전기 구성요소들은 장치의 동작을 실행하도록 일반적으로 유선 및/또는 무선 연결부를 통해서 서로 전기적으로 통하게 된다. 예를 들어, 전력 회로(30)는 에너지 저장 요소/요소들(26), 트리거 전압 회로(28), 및 펄스 지속시간 회로(32)에 전기적으로 연결되어서, 살균성 펄스형 광원(22)으로부터 광의 펄스가 생성되게 하며, 전력 회로(30)는 프로세서(36), 원격 사용자 인터페이스(40)(및/또는 장치 상의 사용자 인터페이스), 및 점유 감지 센서(46)에도 전기적으로 연결되어서 장치의 동작들의 개시 및 종료가 실행되게 한다. 또한, 프로세서(36)는 프로그램 인스트럭션(34)에 전기적으로 연결되며 이로써 프로그램 인스트럭션은 프로세서에 의해 실행될 수 있으며, 또한, 프로세서(36)는 원격 사용자 인터페이스(40)(및/또는 장치 상의 사용자 인터페이스) 및/또는 장치(20)의 임의의 센서들에 전기적으로 연결되어서 프로그램 인스트럭션(34)에 따라서 살균성 펄스형 광원(22)의 동작들을 수행하게 한다. 다른 전기 접속부들이 상술한 구성요소들 중 임의의 것과 장치(20)의 다른 구성요소들 간에서 장치(20) 내에서 포함되어서 상기 구성요소들의 동작들이 실행되게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 장치(20)는 통상적인 살균 장치들로부터 생성된 광의 펄스들에 비해서, 매우 낮은 파워 플럭스로 그리고 대략 20 Hz 보다 큰 주파수들로 펄스형 살균성 광원(22)으로부터 펄스형 광을 생성하도록 베이스부(24) 내에 다수의 구성요소들을 포함한다. 특히, 베이스부(24)는 펄스형 살균성 광원(22)을 활성화시켜서 광의 재현 펄스들을 생성하게 하기에 충분한 전압을 설정된 주파수로 인가하도록 구성된 트리거 전압 회로(28)를 포함한다. 또한, 베이스부(24)는 각기 설정된 양의 저장된 에너지를 설정된 양의 시간에 펄스형 살균성 광원(22)에 방전하도록 구성된 에너지 저장 요소/요소들(26) 및 펄스 지속시간 회로(32)를 포함한다. 트리거 전압 회로(28), 에너지 저장 요소/요소들(26) 및 펄스 지속시간 회로(32)를 구성하는 구성요소들 및 이러한 구성요소들에 의해서 초래되는 동작들은 일반적으로 살균성 광원의 설계에 의존한다. 예를 들어, 플래시램프는 에너지 저장 요소/요소들을 위한 하나 이상의 커패시터들을 포함하고, 그의 펄스 지속시간 회로(32)를 위한 하나 이상의 인덕터들을 포함한다. 또한, 플래시램프 내의 트리거 전압은 플래시램프 내에서 가스를 이온화시키며, 커패시터/커패시터들이 인덕터/인덕터들에 의해 제어되는 지속시간 동안에 그들의 축적된 에너지를 가스로 방전시키게 하는 역할을 한다. 임의의 경우에서, 트리거 전압 회로(28) 및 펄스 지속시간 회로(32) 및 그 내에 전하를 축적한 에너지 저장 요소/요소들(26)에 인가된 전압 레벨은 일반적으로 설계 사양들(예를 들어, 펄스형 광원 설계 분야의 당업자에게 알려진 파라미터들 중에서도, 펄스형 살균성 광원(22)의 외측 표면적, 목표 펄스 주파수, 펄스 지속시간, 및 펄스 강도)에 의존할 수 있다. 예시적인 범위들이 도 6에 도시된 목표 파워 플럭스들에 대해서 도 6을 참조하여 기술된다.
상술한 바와 같이, 장치(20)는 대략 20 Hz 보다 큰 주파수들로 자외선 광의 펄스들을 생성하도록 구성된다. 이러한 기능은 트리거 전압 회로(28)에 의해 제어된다. 특히, 트리거 전압 회로(28)는 20 Hz 보다 큰 주파수들로 트리거 전압을 살균성 펄스형 광원(22)에 인가하도록 구성될 수 있는데, 일부 용도들에서는, 40 Hz 보다 큰 주파수들, 50 Hz 보다 큰 주파수들, 또는 55 Hz 보다 큰 주파수들이 특히, 적합할 수도 있다.
다른 실시예들에서, 트리거 전압 회로(28)는 60 Hz 보다 큰 주파수로, 특히, 대략 60 Hz 내지 대략 100 Hz의 주파수로 트리거 전압을 살균성 펄스형 광원(22)에 인가하도록 구성될 수 있다. 특히, 트리거 전압 회로(28)가 시저(seizure)를 유도하기 위한 안전 임계치(대체적으로 약 60 Hz로 간주됨)보다 큰 주파수로 트리거 전압을 살균성 펄스형 광원(22)에 인가하는 것이 유리할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 트리거 전압 회로(28)가 (예를 들어, 건물의 본관 교류 전원으로부터의 전압 인출의 가변성을 고려하여서) 안전 목적을 위해서 상기 시저 유도 임계치보다 약간 큰 주파수로, 예를 들어, 65 Hz 또는 그 이상의 주파수로 트리거 전압을 살균성 펄스형 광원(22)에 인가하는 것이 유리할 수 있다.
일부 경우들에서, 트리거 전압 회로(28)가 트리거 전압을 살균성 펄스형 광원(22)에 광이 인간의 눈에 연속적으로 보이도록 하는 주파수로 인가하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 펄스 지속시간이 대략 25 마이크로초인 경우에 60 Hz 및 그 이상의 주파수들에서 펄스화된 광은 인간의 눈에 연속적으로 보일 수 있다. 인간의 눈에 광이 연속적으로 보이게 하는 최소 주파수 레벨은 펄스들의 지속시간에 따라서 가변한다고 사료되는데, 구체적으로, 최소 주파수 레벨은 펄스 지속시간이 감소하면 증가하고, 최소 주파수 레벨은 펄스 지속시간이 증가하면 감소한다. 이로써, 인간의 눈에 광이 연속적으로 보이게 하도록 트리거 전압을 설정하기 위한 주파수 레벨은 용도들 간에서, 살균성 펄스형 광원의 설계 사양들에 따라서, 특히, 펄스 지속시간에 따라서 가변할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 60 Hz 내지 90 Hz의 주파수 범위는 방전 램프에 대한 과잉 동작 스트레스를 초래하지 않으면서 소정의 기간 내에 살균성 펄스형 광원으로부터의 UV 투여량을 최대화시키기 위해서 유리할 수 있다. 본 명세서에서 제공된 사상들의 진전을 위해서, 67 Hz의 트리거 전압이 반복적으로 테스트되었지만, 본 명세서에서 개시된 사상의 범위는 이러한 주파수로 한정되지 말아야 한다는 것이 주목된다. 20 Hz 보다 큰 다른 예시적인 주파수 범위들이 고려될 수 있으며, 이러한 예시적인 주파수 범위들은 100 Hz를 초과하는 범위를 포함한다.
상술한 바와 같이, 장치(20)는 본 장치의 하나 이상의 구성요소들에 전력을 공급하는데 사용될 수 있는, 전력 공급 회로에 연결된 선택사양적 배터리(38)를 포함할 수 있다. 하지만, 큰 전력 요건이 주어지면, 장치가 장치를 포함하는 전력선을 통해서 배치되거나 또는 장치의 전력 소켓 유입부에 연결되는 건물의 본관(mains) 교류 전력 공급부로부터 살균성 펄스형 광원(22), 에너지 저장 요소들(26), 트리거 전압 회로(28) 및 펄스 지속시간 회로(32)에 전력을 공급하는 것이 일반적으로 유리하다는 것이 주목된다. 이러한 경우에, 전력 공급 회로는 전력선 및/또는 전력 소켓 유입부를 통해서 수신된 교류 전류를 증가시키기 위한 승압 변압기 및 살균성 펄스형 광원의 동작을 위해서 승압 변압기로부터 수신된 교류 전류를 직류 전류로 변환하기 위한 추가 정류기를 포함할 수 있다. 그러나, 일부 장치의 연속형 살균성 광원들은 매우 낮은 전력 요건을 가지기 때문에 배터리에 의해 전력을 공급받을 수 있다는 것이 감안된다. 이러한 경우에, 건물의 본관 교류 전력 공급부에 연결하기 위한 전력선 및/또는 전력 소켓 유입부를 장치가 구비하지 않을 수 있다.
일부 경우들에서, 펄스형 살균성 광원들은 많은 열을 생성할 수 있으며, 이로써, 동작 동안에 냉각될 필요가 있을 수 있다. 냉각 시스템의 타입은 대류 냉각, 강제 공기/가스 냉각 또는 액체 냉각을 포함할 수 있으며, 이들의 선택은 일반적으로 장치의 설계 특성들, 특히, 장치가 생성하도록 구성된 파워 플럭스에 의존할 수 있다. 강제 공기 냉각 시스템의 실례가 도 1의 펄스형 살균성 광원(22)에 대한 실례로서 도 2에 예시된다. 특히, 도 2는 둘레 장벽부(50) 내에서 공기 유입구(52) 및 공기 유출구(54) 간에 배치된 펄스형 살균성 광원(22)을 예시하며, 여기서 공기 유입구(52)는 그 근처에 배치된 공기 가동 장치(56)를 가지며, 이로써 펄스형 살균성 광원(22) 주변의 통로(58)가 형성된다. 둘레 장벽부(50)는 살균성 광을 투과하는 재료로 이루어지며 이로써 펄스형 살균성 광원(22)에 의해 생성된 살균성 광은 장치(20) 외부로 투과될 수 있다.
일부 실시예들에서, 둘레 장벽부(50)는 펄스형 살균성 광원(22)에 의해 생성된 일부 또는 모든 가시 광을 감쇠시키는 재료를 포함할 수 있으며, 또는 장치는 둘레 장벽부(50)를 둘러싸는, 이러한 재료로 이루어진 추가 둘레 장벽부를 포함할 수 있다. 이러한 재료를 어느 경우에서든지 포함시키는 것은 펄스형 살균성 광원(22)에 의해 생성된 가시 광의 강도가 매우 높을 때에, 특히, 펄스형 살균성 광원(22)에 의해 생성된 가시 광의 강도가 노출 시에 시각적 불편함 또는 방해를 초래하는 경우에 유리할 수 있다. 그러나, 다른 경우들에서, 펄스형 살균성 광원(22)에 의해 생성된 가시 광의 강도가 상대적으로 낮은 경우에는, 가시 광을 감쇠시키는 펄스형 살균성 광원(22) 주변의 차단부를 생략하는 것이 유리할 수 있다. 특히, 가시 광 필터가 다른 범위들, 예를 들어, 살균성 범위의 광의 강도를 저감시킬 수 있으며, 이로써, 장치(20)로부터 방출된 살균성 광의 파워 플럭스를 저감시킬 수 있다.
임의의 경우에서, 공기 가동 장치(56)는 공기를 공기 유입구(52)를 통해서 통로(58) 내로 유입시키고 공기 유출구(54)를 통해서 방출시킨다. 대안적 실시예에서, 공기 가동 장치(56)는 공기 유출구(54) 근처에 배치될 수 있다. 임의의 경우에서, 공기 가동 장치(56)는 공기 유동을 유발하도록 구성된 임의의 장치일 수 있으며, 다음으로 한정되지 않지만 팬 또는 터빈을 포함할 수 있다. 터빈이 본 명세서에서 기술되는 장치들에서 사용되는 경우에는, 터빈은 장치의 배터리 또는 본 명세서에서 기술되는 구성요소들 중 임의의 것을 포함하는, 장치의 하나 이상의 구성요소들에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 임의의 경우에서, 공기 유입구(52)는 유입 공기 스트림으로부터 특정 물질을 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다.
일부 경우들에서, 공기 유출구(54)는 오존 저감 장치(60), 예를 들어, 카본 필터 또는 오존을 이원자 오존으로 변환하는 자유 라디칼 촉매를 생성하는 장치를 포함할 수 있다. 특히, 일부 경우들에서, 구체적으로 램프가 대략 240 nm보다 짧은 파장의 자외선 광을 생성하는 경우에는 이러한 UV 광 대역은 산소 분자의 산소 원자를 해리시키고, 이로써 오존 생성 프로세스를 개시하기 때문에, 오존은 펄스형 살균성 광원(22)의 사용으로부터 부산물로서 생성될 수 있다. 오존은 알려진 건강 및 공기 품질에 해로운 것이며 이로써, 장치에 의한 오존의 방출은 규제된다. 오존은 효과적인 살균제이며 탈취제라고 또한 알려져 있으며, 이로써, 펄스형 살균성 광원(22)에 의해 생성되 오존의 양이 오존에 대한 지역적/지방적 노출 한계치보다 낮으면, 공기 유출구(56)로부터 오존 저감 장치(60)를 제거하는 것이 유리할 수 있다. 또 다른 경우들에서, 공기 유출구(56)는 오존 저감 장치를 갖는 부분 및 오존 저감 장치가 없는 부분을 가지며 장치(20)에 의해 사용되는 살균 프로세스들의 동작 파라미터 및/또는 모드에 따라서 각기 상기 상이한 부분들을 통해서 공기의 경로를 지정하는 공기 유동 제어기를 더 가질 수 있다. 이러한 특징을 갖는 공기 유출구의 실례는 2015년 7월 2일자에 출원된 미국 특허 출원 번호 14/790,827에 보다 세부적으로 기술되며, 이 문헌은 본 명세서에서 전체 내용이 제시된 바와 같이 참조로서 본 명세서에서 인용된다.
장치(20)가 오존 저감 장치를 포함하는 여부와 상관없이, 일부 경우들에서, 장치(20)는 펄스형 살균성 광원(22) 위의 높이에 반사기를 포함하여서, 펄스형 살균성 광원(22)으로부터 방출된 광을 하향으로 향하게 할 수 있다. 특히, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들은 특히, 룸/구역 살균에 특정될 수 있으며, 이로써, 펄스형 살균성 광원(22)으로부터의 광을 장치(20) 외부 영역으로 향하게 하고 장치(20)가 설치된 룸의 바닥으로부터 대략 2 피트 내지 대략 4 피트 간에 위치한 반사기를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 일반적으로, 룸의 바닥으로부터 대략 2 피트 내지 대략 4 피트 간의 영역은 룸의 "높은 접촉(high touch)" 영역으로 간주되는데, 그 이유는 빈번하게 사용되는 대상들이 일반적으로 이러한 영역에 배치되기 때문이다. 룸의 높은 접촉 영역에서 통상적으로 발견되는 대상의 실례는 다음으로 한정되지 않지만, 책상, 키보드, 전화, 의자, 도어 및 캐비넷 핸들, 조명 스위치 및 싱크대를 포함한다. 병원의 룸의 높은 접촉 영역에서 발견되는 대상의 실례는 침대, 침대 옆 테이블, 트레이 테이블 및 정맥주사 스탠드를 추가적으로 또는 대안적으로 포함한다. 이러한 영역이 고 접촉 영역으로 간주되기 때문에, 이는 일반적으로 세균과 접촉할 가능성이 가장 높은 구역으로 간주되며 일부 연구들은 이러한 고 접촉 영역이 가장 높은 세균 농도를 갖는 구역일 수 있다고 말한다.
도 2는 광원으로부터 방출된 광을 장치(20)가 위치한 룸의 바닥으로부터 대략 2 피트 내지 대략 4 피트 간에 있는 영역으로 하향으로 향하게 하도록 하기 위한, 펄스형 살균성 광원(22) 위의 높이에 배치된 장치(20)용 반사기의 실례를 예시하며, 여기서 반사기는 구체적으로 공기 유출구(54)를 두르는 환형 반사기(62)이다. 반사기의 다른 구성들(예를 들어, 크기, 형상, 각도, 펄스형 살균성 광원(22)으로부터의 거리)이 사용될 수 있으며/있거나, 반사기는 룸 내의 관심 구역들로 광을 분배하는 것을 돕도록 장치(20) 내의 다른 위치들에, 특히 장치(20)로부터 1 내지 3 미터 떨어진 거리들에 위치할 수 있다. 이러한 기능을 갖는 반사기를 갖는 구역/룸 살균 장치들의 실례는 2012년 12월 6일에 출원된 미국 특허 출원 번호 13/706,926 및 2012년 12월 7일에 출원된 미국 특허 출원 번호 13/708,208, 및 2014년 10월 8일에 출원된 국제 특허 출원 번호 PCT/US2014/059698에 개시되어 있으며, 이러한 문헌들 모두는 본 명세서에서 전체 내용이 제시된 바와 같이 참조로서 본 명세서에서 인용된다.
룸/구역 살균을 특정하게 수행하도록 본 명세서에서 기술되는 장치들을 특성화시키는 다른 구성은 살균성 광원으로부터 생성된 살균성 광이 장치의 외부로 투사되도록 장치 내에서 살균성 광원이 배치된다는 것이다. 일부 경우들에서, 살균성 광원은 이 광원의 일 단부를 지지하는 지지 구조체의 수평 면에 실질적으로 수직한 길이방향으로 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 장치는 도 1 및 도 2에서 펄스형 살균성 광원에 대해서 도시된 바와 같이, 이러한 살균성 광원으로부터 방출된 광이 이 장치를 둘러싸도록 살균성 광원의 긴 부분을 360도 둘러있는 불투과성 구성요소를 구비하지 않을 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 장치들 중 일부는 룸 또는 구역 내에서 광의 분포를 돕도록, 장치 내에서 (예를 들어서, 광원을 지지하는 지지 구조체에 대해서) 그의 살균성 광원을 가동시키는 액추에이터를 포함할 수 있다. 이와 관련하여서, 본 명세서에서 기술되는 방법들은 살균성 광원이 광을 방출하는 동안에 및/또는 광의 펄스들 간에 장치 내에서 살균성 광원을 자동으로 가동시키는 것을 포함할 수 있다. 룸/구역 살균을 특정하게 수행하도록 본 명세서에서 기술되는 장치들을 특성화시키는 다른 특징은 점유 감지 센서, 예를 들어, 모션 센서, 열 센서 또는 광 인식 센서를 갖는 것이다. 이러한 경우에, 본 명세서에서 기술되는 방법들은 장치가 위치한 구역/룸 내에서 점유를 나타내는 감지를 한 때에 살균성 광원으로부터 광의 펄스들의 생성을 억제 및/또는 종료하는 것을 포함할 수 있다.
룸/구역 살균을 특정하게 수행하도록 본 명세서에서 기술되는 장치들에 포함될 수 있는 또 다른 특징부들은 장치의 이동성을 실현하는 특징부들, 예를 들어, 바퀴 및/또는 핸들이다. 특히, 구역/룸 살균 장치들이 건물의 다수의 룸들로 이동할 수 있도록 이러한 장치들이 용이하게 이동될 수 있는 것이 때로 바람직하다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에서 기술되는 장치들은 살균 장치가 동작할 폐쇄된 공간의 특성들과 관련된 데이터를 수신하기 위한 프로세서 실행가능한 프로그램 인스트럭션을 포함할 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 구절 "폐쇄된 공간의 특성들"은 폐쇄된 공간의 물리적 속성 및 비물리적 속성을 말한다. 폐쇄된 공간의 비물리적 속성은 폐쇄된 공간을 참조하는데 사용되는 식별자들(예를 들어, 룸 넘버 및/또는 룸 명) 및 폐쇄된 공간에 대한 점유 정보(예를 들어, 해당 공간을 이전에 점유한 환자의 감염 정보 또는 해당 공간을 점유하도록 예정된 환자의 감염 정보)를 포함하지만 반드시 이로 한정되는 것은 아니다. 폐쇄된 공간의 물리적 속성은 폐쇄된 공간의 크기 및/또는 치수 및/또는 폐쇄된 공간 내의 표면들, 대상들 및/또는 아이템들의 개수, 크기, 거리, 위치, 반사도 및/또는 식별사항을 포함하지만 반드시 이로 한정되는 것은 아니다. 일부 경우들에서, 폐쇄된 공간의 물리적 속성은 폐쇄된 공간 내의, 폐쇄된 공간의 특정 영역 내의, 또는 폐쇄된 공간 내의 특정 표면 상에서의, 하나 이상의 병리학적 생물체들의 정체들, 때로 이러한 생물체/생물체들의 개수 또는 농도일 수 있다.
임의의 경우에서, 살균 장치가 동작할 폐쇄된 공간의 특성들에 대해 수신된 데이터는 다음으로 한정되지 않지만, 해당 장치의 하나 이상의 동작 파라미터를 설정하거나 기록 또는 보고 목적을 포함하는, 다수의 방식들로 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에서 기술되는 장치들은 장치를 자동으로 가동시키는 수단을 포함할 수 있다. 일부 이러한 경우들에서, 장치는 사전규정된 경로를 따라서 해당 장치를 이동시키는 프로그램 인스트럭션을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 장치는 구역/룸을 맵핑 또는 모델링하기 위한 센서들을 포함하는, 장치의 하나 이상의 센서들을 통해서 분석된 해당 룸의 룸 특성들에 따라서 해당 장치를 이동시키는 프로그램 인스트럭션을 포함할 수 있다. 전술한 프로그램 인스트럭션의 일부를 갖는 구역/룸 살균 장치들은 2012년 12월 6일에 출원된 미국 특허 출원 번호 13/706,926에 개시되며, 이 문헌은 본 명세서에서 전체 내용이 제시된 바와 같이 참조로서 본 명세서에서 인용된다.
룸/구역 살균을 위한 장치를 실현하는데 도움이 될 수 있는 다른 구성들이 고려될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 명세서에서 기술되는 장치들은 구역들 및 룸들 및 대상들을 살균성 광에 전체적으로 노출시키도록 (상술한 구성들 또는 다른 구성들과 함께) 구성될 수 있으며, 이로써 살균 장치는 본 장치가 배치된 룸의 실내로 광범위하게 광을 분포시키도록 특정하게 구성될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 장치들은 살균성 플래시램프로부터 1 미터 또는 2 미터 또는 3 미터보다 멀리 떨어진 큰 룸 또는 구역 내의 표면들에 살균성 광을 분포시키도록 구성될 수 있다. 본 장치들은 이러한 목적들을 달성하기 위한 임의의 형상, 크기, 또는 구성을 가질 수 있다. 구역/룸 살균 장치들의 실례는 2012년 12월 6일에 출원된 미국 특허 출원 번호 13/706,926 및 2012년 12월 7일에 출원된 미국 특허 출원 번호13/708,208; 및 2014년 10월 8일에 출원된 국제 특허 출원 번호 PCT/US2014/059698에 개시되어 있으며, 이 문헌들 전부는 본 명세서에서 전체 내용이 제시된 바와 같이 참조로서 본 명세서에서 인용된다. 그러나, 구역/룸 살균 장치들의 다른 구성들이 본 명세서에서 기술되는 장치들에 대해서 채용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 용어 "룸/구역 살균"은 해당 구역 내의 질병-전염 미생물을 비활성화, 파괴, 또는 성장 억제하도록 인간의 점유에 적합한 공간을 세정하는 것을 말한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 구절 "인간의 점유에 적합한 공간"은 평균 크기를 갖는 성인이 거기에서 최소한 일정 기간 동안에 식사하거나, 잠을 자거나, 일하거나, 라운징하거나(lounge), 활동에 참여하거나 업무를 완수하기 위해서 편안하게 점유할 수 있는 공간을 말한다. 일부 경우들에서, 인간의 점유에 적합한 공간들은 경계가 정해질 수 있으며 룸을 들어가고 나가기 위한 도어를 포함할 수 있다. 다른 경우들에서, 인간의 점유에 적합한 공간들은 불확정한 경계를 갖는 구역일 수 있다. 인간의 점유에 적합한 공간들의 실례들은 환자 1 명이 점유하는 룸, 다수의 환자가 점유하는 룸, 욕실, 워크-인 클로짓(walk-in closet), 홀, 침대, 사무실, 수술실, 환자 검사실, 대기 및/또는 라운징 구역들 및 간호실을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 용어 "폐쇄된 공간"은 해당 구역 외부로의 매우 대부분의 또는 모든 살균성 광을 차단하는 장벽들에 의해서 구획된 경계들을 갖는 구역을 말한다.
본 명세서에서 기술되는 장치들이 구역/룸 살균 프로세스들을 수행하는데 사용될 수 있는 인간의 점유에 적합한 폐쇄된 공간들의 실례가 도 4 및 도 5에 도시된다. 특히, 도 4는 그 내에 배치된 살균 장치(84)를 가지며 폐쇄된 도어(82)를 갖는 수술실 또는 병실(80)을 예시한다. 이러한 경우에, (해당되는 경우에) 룸(80)의 창 및 벽 및 도어(82)가 인간의 점유에 적합한 폐쇄된 공간들을 형성하도록 해당 룸(80)의 경계를 구획하는 장벽 역할을 한다. 도어(82)가 폐쇄되어서 공간이 밀폐된 것으로 간주되지만, 살균성 광은 도어가 폐쇄되지 않는다면 도어의 둘레 주변으로 투과될 수 있다. 이러한 경우에, 매우 대부분의 살균성 광 투과는 룸(80) 외부로 투과되는 것이 방지되며 이로써, 폐쇄된 공간으로 간주된다.
한편, 도 5는 개방된 도어(88)를 가지지만 룸 구획부(92), 예를 들어, 큐비클 커튼(cubicle curtain)에 의해 구획처리된 파티셔닝된 구역(90)을 포함하는 다인-점유 룸(86)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 파티셔닝된 구역(90)은 복수의 살균 장치(94) 중 하나를 포함한다. 이러한 경우에, (해당된다면) 파티셔닝된 구역(90) 내의 룸(86)의 벽들 및 창들 및 룸 구획부(92)가 인간의 점유에 적합한 폐쇄된 공간을 형성하도록 파티셔닝된 구역(90)의 경계들을 구획하는 장벽 역할을 한다. 룸 구획부(92)는 룸(86)의 벽들, 천장 및/또는 바닥까지 완전하게 연장되지 않을 수 있으며, 이로써, 살균성 광은 룸 구획부(92) 주변을 통해서 투과될 수 있다는 것이 이해된다. 이러한 경우에, 매우 대부분의 살균성 광 투과는 파티셔닝된 구역(90) 외부로 투과되는 것이 억제되며 이로써, 폐쇄된 공간으로 간주된다. 일반적으로, 도 4 및 도 5에 도시된 살균 장치들(84 및 94)은 본 명세서에서 개시된 장치들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 살균 장치들(84 및 94)의 개수, 크기, 배치 및 이동성은 폐쇄된 공간으로서의 룸 및 폐쇄된 공간으로서의 룸의 파티셔닝된 구역을 각기 도시한 도 4 및 도 5의 실시예들로 한정되지 않는다는 것이 주목된다. 특히, 본 명세서에서 개시된 장치들 중 임의의 것이 인간의 점유에 적합한 임의의 폐쇄된 공간 내에서 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1의 장치(20)는 통상적인 살균 장치들로부터 생성된 광의 펄스들에 비해서 매우 낮은 파워 플럭스로 그리고 대략 20 Hz 보다 큰 주파수들로 자외선 광의 펄스들을 생성하는데 사용될 수 있는 장치의 실례이다. 장치들의 몇몇 다른 구성들이 이러한 기능들을 위해서 고려될 수 있으며, 그 중 하나가 도 3에 도시된다. 특히, 도 3은 프레임(74) 내에 배치된 복수의 살균성 광원들(72)을 포함하는 장치(70)를 예시한다. 일부 경우들에서, 장치(70)의 후방측은 장치(70)의 후방측으로부터의 살균성 광의 방출을 방지하도록 프레임(74)의 면적상의 치수에 걸쳐 있는 후방측 패널을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 장치(70)의 후방측은 개방될 수 있으며 이로써 광이 장치의 어느 하나의 측 상에서 방출될 수 있다. 임의의 경우에서, 장치(70)는 구역/룸 살균을 위해서 사용되도록 고려될 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치(70)는 벽 또는 천장 상에 장착가능하게 될 수 있다. 이와 달리, 장치(70)는 자립형 장치일 수 있다.
임의의 경우에서, 프레임(74)의 치수 및 형상은 도 3에 도시된 것과는 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 프레임(74)은 직사각형 형상으로 한정되지 않으며/않거나 도 3에 도시된 상대적으로 얇은 측벽들을 갖는 것으로 한정되지 않는다. 또한, 장치(70)의 배향은 수평으로 존재하는 그의 길이방향 차원으로 한정되지 않는다. 또한, 장치(70)는 도 3에서 도시된 방식으로 배향된 다수의 원통형 살균성 광원들을 갖는 것으로 한정되지 않는다. 이보다는, 장치(70)는 살균성 광원들의 임의의 개수, 크기, 형상 및 배향을 포함할 수 있다. 또한, 살균성 광원들(72)은 동일한 타입의 살균성 광원 또는 상이한 타입들의 살균성 광원들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 장치(70)는 자신으로부터 생성된 살균성 광/살균성 광들의 해당 장치의 주변으로의 분포를 개선하기 위해서 프레임(74) 외부로 연장되도록 살균성 광원들(72) 중 하나 이상을 이동시키도록 구성될 수 있다. 이러한 옵션을 제공하는 예시적인 구성은 살균성 광원들(72)과 정렬되게 프레임(74)으로부터 외부로 연장하는 인입가능한 트랙들(retractable tracks)을 포함할 수 있으며, 이 트랙들을 따라서 살균성 광원들이 액추에이터에 의해서 또는 수동으로 이동할 수 있다.
임의의 경우에서, 장치(70)는 도 1의 장치(20)를 참조하여서 기술된 특징부들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 특히, 장치(70)는 에너지 저장 요소/요소들(26), 트리거 전압 회로(28), 전력 회로(30), 펄스 지속시간 회로(32), 프로그램 인스트럭션(34), 프로세서(36), 선택사양적 배터리(38), 원격 사용자 인터페이스(40), 전력선(42), 바퀴(44), 점유 감지 센서(46), 장치 상의 사용자 인터페이스(이는 원격 사용자 인터페이스(40)에 대해 추가된 것이거나 대안적인 것임), 장치의 휴대성을 보조하는 핸들, 전력 소켓 유입부(이는 전력선(42)에 대해 추가된 것이거나 대안적인 것임) 및/또는 추가 센서들, 예를 들어, 추가 점유 감지 센서들 및 광 센서들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 특징부들은 도 3에서 도면의 단순성을 위해서 장치(70)에서 도시되지 않았다. 또한, 이러한 특징부들은 간략성을 위해서 장치(70)를 참조하여서 기술되지 않는다.
또한, 장치(70)는 도 1의 장치(20)를 참조하여서 기술된 냉각 시스템 특징부들 중 임의의 것을 포함할 수 있으며, 도 2를 참조하여 기술된 강제 공기 냉각 시스템의 특정 실시예를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시되지 않았지만, 장치(70)는 임의의 개수의 공기 가동 장치들, 공기 유입구들, 및 공기 유출구들을 포함할 수 있다. 또한, 장치(70)의 전방 측 및 가능하게는 후방 측은 자외선 광을 투과하거나 필요하다면, 또한 가시 광을 투과하지 않는 프레임(74) 내의 패널들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 공기 가동 장치/장치들, 공기 유입구/유입구들, 및 공기 유출구/유출구들은 프레임(74)의 임의의 측 내에 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 공기 가동 장치/장치들은 특히, 프레임(74) 내부에 배치될 수 있지만, 프레임 내에서 공기 유입구/유입구들 또는 공기 유출구/유출구들과는 반드시 정렬될 필요는 없을 수 있다. 임의의 경우에서, 공기 가동 장치/장치들은 프레임(74)을 통해서 유도된 공기 스트림의 하류 또는 상류에 배치될 수 있다. 일부 경우들에서, 장치(70)는 예를 들어, 도 2를 참조하여서 살균성 광원(22)에 대해서 기술된 것과 같은, 살균성 광원들의 길이방향 차원과 실질적으로 평행하게 유동하는 공기 스트림을 유도하도록, 살균성 광원들(72) 중 적어도 하나의 일 단부에 배치된 공기 가동 장치를 포함할 수 있다(그리고, 일부 경우들에서, 살균성 광원들(72) 각각의 단부에 배치된 공기 가동 장치를 포함할 수 있다). 다른 경우들에서, 장치(70)는 살균성 광원들(72)과 수직으로 유동하는 공기 스트림을 유도하도록 배치된 공기 가동 장치들을 구비할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 본 명세서에서 기술되는 장치들은 몇몇 상이한 구성들을 포함할 수 있으며, 이로써, 장치(70)는, 일부 경우들에서, 도 1의 장치(20)와는 상이한 특징부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 살균성 광원들(72)은 펄스형 살균성 광원들이 아니고 연속형 살균성 광원들일 수 있으며, 이로써, 장치(70)는 에너지 저장 요소/요소들(26), 트리거 전압 회로(28), 및 펄스 지속시간 회로(32)를 포함하지 않을 수 있다. 대신에, 장치(70)는 연속형 살균성 광원들이 살균성 광의 재현 펄스들을 생성 및 방출할 수 있도록 연속형 살균성 광원들을 설정된 주파수(예를 들어, > 20 Hz)로 턴 온 및 오프하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1 및 도 3은 통상적인 살균 장치들로부터 생성된 광의 펄스들에 비해서 매우 낮은 파워 플럭스로 그리고 대략 20 Hz 보다 큰 주파수들로 자외선 광의 펄스들을 생성하도록 구성된 장치들의 실례들을 도시한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "파워 플럭스"는 단위 면적당 소정의 표면에서의 방사 에너지의 투과 레이트를 말한다. 파워 플럭스에 대한 동의어들은 "방사 조도(irradiance)", "파워 밀도(power density)" 및 "방사 강도"를 포함하며, 이로써, 이러한 용어들은 본 명세서에서 상호 교환가능하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "에너지 플럭스"는 단위 면적당 소정의 표면에서의 방사 에너지의 양을 말한다. 에너지 플럭스에 대한 동의어는 "방사 에너지"이며, 이로써, 이러한 용어들은 본 명세서에서 상호 교환가능하게 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 수많은 연구들이 미생물 비활성화에 대한 살균 효율은 주로 200 내지 320 나노미터의 파장들 내의 에너지의 투여 또는 인가된 자외선 전자기 방사선 서브타입 C(UVC) 광의 투여로 인한 것이라고 제시한다. 이러한 취지에서, 살균 효율에 대한 에너지 요건을 분석하는 것에 관한 연구들은 일반적으로 자외선 광의 파워 플럭스 또는 에너지 플럭스 및, 일부 경우들에서, UVC의 파워 플럭스 또는 에너지 플럭스에 집중한다. 특히, 일부 연구들은 자외선 방사선의 최소 파워 플럭스가 충분한 살균 효율을 달성하는데 필요하다고 제시한다. 다른 연구들은 파워 플럭스 이외에 추가 파라미터, 예를 들어, 자외선 방사선의 피크, 평균 및 RSM(root mean square) 파워 간의 특정 비들 및/또는 램프에 방전된 에너지를 상관시키는 고안된 관계(contrived relationship), 램프의 표면적 및 펄스 지속시간이 만족될 필요가 있다고 교시한다. 또 다른 연구들은 파워 플럭스 이외에, 예를 들어, 최소 펄스 주파수 또는 펄스 주파수의 요구된 범위를 특정하는 것과 같은 펄스 주파수 요건들과 결부된다.
예를 들어, Kamrukov 등에 허여된 미국 특허 출원 번호 6,264,802는 적어도 100 KW/m2의 방사선 강도, 1 내지 1000 마이크로초의 펄스 지속시간으로 UV 방사선을 액체, 공기 및 표면에 인가하는 것을 교시하고, 램프에 방전된 에너지, 램프의 표면적 및 펄스 지속시간이 특정된 관계를 따른다는 것을 더 교시한다. 이 특허 문헌은 어떠한 펄스 주파수들이 채용될 수 있는지에 대해서 말하지 않고 있다. Wekhof에게 허여된 미국 특허 번호 5,144,146는 UV 소스가 5 내지 100Hz의 주파수로 펄스화되는 동안에 UV의 평균 파워 밀도가 폐기수 내에서 적어도 100 W/m2의 값으로 유지되어야 한다는 점에서 폐기수를 정제하기 위한 상이한 파워 요건들을 교시한다. UV의 평균 파워 밀도를 적어도 100 W/m2의 값으로 유지한다는 교시사항은 단지 UV 방사선이 램프로부터 전달되는 때보다는 램프의 전체 동작 사이클에 대한 것이며 이는 상기 특허 문헌에서 개시된 다른 파워 요건 파라미터와는 상이하다는 것이 주목된다. 특히, Wekhof에 허여된 미국 특허 번호 5,144,146는 UV 소스에 의해서 전달되는 평균 파워에 대한 RMS 파워의 비는 10:1 내지 100:1의 범위 내에 있어야 하며 UV 소스에 의해서 전달되는 평균 파워에 대한 피크 파워의 비는 1000:1 내지 10,000:1의 범위 내에 있어야 한다는 것을 더 교시한다.
이하에서 보다 상세하게 기술될 바와 같이, 본 명세서에서 기술되는 구역/룸 살균 프로세스들은 이러한 종래 기술 요건들 중 어느 것도 만족하지 않으며, 구체적으로 프로세스들은 살균 장치들로부터 1 미터 이상 떨어진 거리들에서 매우 낮은 파워 플럭스로 수행된다. 특히, 본 명세서에서 제공된 사상의 진전 동안에, 충분한 살균 효율이 본 살균 장치로부터 적어도 1.0 미터 떨어진 표면들에서 200nm 내지 320nm의 파장 범위의 UV 광의 상대적으로 낮은 파워 플럭스, 특히 5000 W/m2 미만의 파워 플럭스로 그리고 대략 50 Hz 보다 큰 주파수들로 생성된 광의 펄스들로 획득될 수 있다는 것이 발견되었다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 충분한 살균 효율은 표면들 상의 박테리아 오염에 있어서 2-로그 이상의 저감을 말한다.
보다 구체적으로, 본 명세서에서 제공된 사상의 진전 시에, 1.0 Hz 내지 100 Hz의 범위의 5 개의 상이한 주파수들의 살균 효율들이 살균성 펄스형 광원으로부터 2.0 미터 떨어진 표면에서 평가되었으며, 그 결과가 도 7에 도시된다. 주파수들 각각에 대해서 사용된 램프들은 동일한 재료, 동일한 표면적 및 동일한 충진 압력으로 구성된 크세논 플래시램프들이었다. 주파수 차에 의해 유도된 임의의 편차를 평가하기 위해서, 주파수들 각각에 대한 살균 프로세스들의 사이클 시간은 동일하며(즉, 5 분), 램프들은 해당 사이클 시간에 걸쳐서 램프 표면에서 비교할만한 파워 플럭스를 생성한 동작 파라미터에서 동작되었다(즉, 단지 UV 또는 UVC만이 아닌, 램프에서 생성된 모든 광에 대한 것임). 이러한 파워 플럭스를 수용하기 위해서, 보다 높은 주파수들에서 수행된 살균 프로세스들에 있어서 램프들로의 방전 동안에 커패시터/커패시터들에 누적된 에너지 양 및 펄스 지속시간은 보다 낮은 주파수들에 대해서 수행된 살균 프로세스들에 있어서 램프들로의 방전 동안에 커패시터/커패시터들에 누적된 에너지 양 및 펄스 지속시간보다 대체적으로 낮았다. 이러한 조절들을 수행할 시에, 보다 높은 주파수 프로세스들은 보다 낮은 주파수 프로세스들에서보다 펄스당 보다 낮은 파워 플럭스로 수행되었다. 달리 말하면, 단위 면적당 소정의 표면에서의 방사 에너지의 투과 레이트는 각 펄스에 대해서 보다 작다.
도 7에서 도시된 바와 같이, 살균 효율은 5 분의 살균 프로세스들 동안에 5 개의 상이한 트리거 전압 주파수들 간에서 실질적으로 유사하다. 테스트된 5 개의 상이한 주파수들에 대해서 획득된 데이터에 기초하면, 살균 프로세스가 살균 효율에 실질적으로 영향을 주지 않으면서 소정의 거리에서의 표면에 인가된 UV 광의 주파수, 지속 시간 및 양을 가변시킴으로써 조절될 수 있다는 것이 명백하다. 보다 구체적으로, UV 광이 소정의 사이클 시간 동안에 소정의 거리에서의 표면에 보다 낮은 강도 및 보다 짧은 펄스 지속시간으로 그러나 보다 높은 주파수로 인가될 수 있으며 이는 보다 낮은 투과량으로 UV 광의 보다 높은 강도를 인가하는 프로세스들에 비해서 실질적으로 유사한 살균 효율을 산출하였다고 발견되었다. 몇몇 이론들이 이러한 발견사항들을 설명하는데 고려된다. 일 이론은 손상을 위한 잠재력이 존재하는 "충격을 받는 상태(shocked state)"로 목표 병원체를 유지하는 것을 수반한다. 특히, 병원체가 입사 광자에 의해서 초래되는 "충격을 받는 상태"로 더 오래 동안 존재하면 할수록, 세포가 비활성화될 가능성이 보다 더 높아진다고 이론화된다. 이러한 상태를 획득하기 위해서, 획득된 데이터에 기초하여서 적어도 100 Hz 주파수들로 획득 가능한, 필요한 UV 광의 최소 레벨 강도가 존재한다고 사료된다. 효율의 측면에서, 보다 높은 주파수들의 펄스는 이러한 상태에 도달하기 위한 광자의 양을 최소화시키며, 동시에 "충격을 받는 상태" 이벤트들의 수를 최대화시킨다고 사료된다.
제 2 이론은 광-수복(photo-repair)(즉, 이전에 비활성화된 세포를 수복하는 것)을 돕는 효소 세포 수복 메커니즘(enzymatic cellular repair mechanism)을 파괴하는 것을 수반한다. 특히, 보다 높은 주파수 인가에 의해 유도된 보다 빈번한 광자 플럭스(photon flux)는 수복이 완료될 수 있기 이전에 효소 세포 수복 메커니즘을 이길 수 있다. 이러한 이론들은 서로 관계가 있을 수 있으며, 구체적으로 보다 높은 주파수들의 테스트된 살균 효율은 상기 2 개의 이론들의 조합을 수반할 수 있다는 것이 또한 사료된다. 또한, 5 개의 상이한 전술한 주파수들을 테스트할 시에 발견된 이러한 이론들 및/또는 결과들은 무생물 대상 및/또는 병원 내의 병원체로 제한될 수 있다는 것이 감안가능하다.
또한, 도 7을 참조하여서 테스트된 5 개의 상이한 펄스 주파수들 간에서 달성된 비교할만한 살균 효율들은 펄스 주파수가 증가함에 따라서 UVC 범위 내의 다른 파장들에 비해서 잠재적으로 보다 높은 살균 효과 정도를 갖는 특정 파장들에서의 파워 플럭스의 증가로 인한 것일 수 있다고 사료된다. 특히, 본 명세서에서 제공된 사상의 진전 동안에, 60 내지 70 Hz 살균 프로세스의 UVC 범위에서의 전체적인 파워 플럭스가 1.0 내지 2.0 Hz 살균 프로세스의 UVC 범위에서 생성된 파워 플럭스보다 낮을지라도, 60 Hz 내지 대략 70 Hz의 펄스화된 광을 생성한 살균 프로세스는 1.0 Hz 내지 2.0 Hz의 펄스화된 광을 생성하는 살균 프로세스보다도 대략 230 nm, 대략 248 nm 및 대략 261 nm의 파장들에서 보다 큰 파워 플럭스를 생성한다고 발견되었다. 대략 230 nm, 대략 248 nm 및 대략 261 nm에서의 보다 큰 피크들은 1.0 내지 2.0 Hz 프로세스에 비해 UVC 범위에서의 전체적인 보다 낮은 파워 플럭스를 보상할 수 있으며 이는 비교할만한 살균 효율에 기여한다고 이론화되었다.
또한, 도 7을 참조하여서 테스트된 5 개의 상이한 펄스 주파수들 간에서 달성된 비교할만한 살균 효율들은 펄스 주파수가 증가함에 따라서 광의 살균성 범위들에서의 파워 플럭스의 보다 큰 편차들로 인한 것일 수 있다고 사료된다. 특히, 본 명세서에서 제공된 사상의 진전 동안에, 60 Hz 내지 대략 70 Hz의 펄스화된 광을 생성한 살균 프로세스는 1.0 Hz 내지 2.0 Hz의 펄스화된 광을 생성하는 살균 프로세스보다도 UVC 범위에서의, 구체적으로 210 nm 내지 320 nm 및 보다 구체적으로 대략 225 nm 내지 대략 265 nm의 범위에서의 파워 플럭스의 보다 큰 편차를 생성한다고 발견되었다. 파워 플럭스의 보다 큰 편차(variation)는 1.0 내지 2.0 Hz 프로세스에 비해서 UVC 범위에서의 전체적인(overall) 보다 낮은 파워 플럭스를 보상할 수 있으며 이는 비교할만한 살균 효율에 기여한다고 이론화되었다. 특히, 방사선의 스펙트럼 내의 파워 플럭스의 보다 큰 편차는 일반적으로 광자의 속박-속박(bound-bound) 에너지 상태 천이들에 대응하는, 원자선 방사선과 상관된다. 이와 대조하여서, 방사선의 스펙트럼 내의 파워 플럭스의 보다 작은 편차는 일반적으로 광자의 자유-속박(free-bound) 및 자유-자유(free-free) 에너지 상태 천이들에 대응하는, 연속체(continuum) 방사선과 상관된다. 일반적으로, 속박-속박 에너지 상태 천이들 시의 광자들은 자유-속박 및 자유-자유 에너지 상태 천이들 시의 광자들보다 높은 양의 에너지를 갖는다. 60 내지 70 Hz 살균 프로세스에 있어서 UVC 범위에서 나타난 보다 큰 파워 플럭스 편차들에 의해서 유도된 광자의 보다 높은 에너지는 1.0 내지 2.0 Hz 프로세스에 비해서 UVC 범위에서의 전체적인 보다 낮은 파워 플럭스를 보상하며, 이는 2 개의 프로세스들 간의 비교할만한 살균 효율에 기여한다고 이론화되었다.
60 내지 70 Hz 살균 프로세스에 있어서 UVC 범위에서의 파워 플럭스의 편차의 일부는 대략 230 nm, 대략 248 nm 및 대략 261 nm에서 센터링된(centered) 큰 피크들로 인한 것이다. 대략 225 nm 내지 대략 265 nm의 범위의 적분에 대해 이러한 피크들의 적분을 취할 시에, 이러한 범위에 걸친 편차의 정도의 근사화가 정량화되었다. 특히, 해당 범위에서의 파워 플럭스의 대략 60%는 60 내지 70 Hz 프로세스에서의 피크들로 인한 것이며, 해당 범위에서의 파워 플럭스의 대략 50%는 1.0 내지 2.0 Hz 프로세스에서의 피크들로 인한 것이다. 60 내지 70 Hz 프로세스는 자외선 대역의 다른 파장 범위들에 걸친 보다 큰 파워 플럭스 편차를 보였음이 주목되며,
이러한 편차들은 60 내지 70 Hz 프로세스에 있어서 UVC 범위에서의 전체적인 보다 낮은 파워 플럭스에도 불구하고, 이러한 편차들은 1.0 내지 2.0 Hz 프로세스에 비해서 60 내지 70 Hz 프로세스의 상대적으로 비교할만한 살균 효율에 더 기여할 수 있다고 감안된다. 또한, 60 내지 70 Hz 프로세스는 1.0 내지 2.0 Hz 프로세스에 있어서의 대략 420 nm 내지 대략 470 nm의 보라색-청색 가시광 범위에서의 파워 플럭스 편차보다 대략 420 nm 내지 대략 470 nm의 보라색-청색 가시광 범위에서 파워 플럭스의 보다 큰 편차를 보였고, 이러한 보다 큰 파워 플럭스 편차는 1.0 Hz 프로세스에 비해서 60 내지 70 Hz 프로세스의 상대적으로 비교할만한 살균 효율에 기여할 수 있다고 사료된다. 특히, 대략 400 nm 내지 대략 470 nm의 보라색-청색 가시광 범위는 살균성이 있는 것으로 알려져 있으며, 이로써, 이러한 영역에서의 파워 플럭스의 보다 높은 편차는 살균 효율에 기여할 수 있다.
비교할만한 살균 효율들이 1.0 Hz 내지 100 Hz 범위의 펄스 주파수들에서 동작하는 펄스형 광원으로부터 2.0 미터 떨어진 위치에서 획득될 수 있다는 발견이 주어지면, 동작 파라미터가 살균 장치로부터의 목표 거리에서 충분한 살균 효율을 실현한다고 알려진 램프에서 광의 설정된 파워 플럭스를 생성하도록 제어되면, 룸/구역 살균 장치는 임의의 펄스 주파수로 동작할 수 있다고 사료된다. UVC 방사선의 목표 파워 플럭스가 살균 장치로부터의 목표 거리에서 충분한 살균 효율을 실현한다고 알려진다면, 룸/구역 살균 장치는 임의의 펄스 주파수로 동작할 수 있다고 또한 사료된다. 특히, 장치의 동작 파라미터, 예를 들어, 펄스 지속시간, 램프에 방전된 에너지 및 램프 자체(특히, 램프의 외측 표면적)가 목표 펄스 주파수에서 UVC 방사선의 목표 파워 플럭스를 달성하도록 최적화될 수 있다.
본 명세서에서 제공된 개시는 대략 20 Hz 보다 큰 주파수들로 동작하는 구역/룸 살균 장치들에 대해서, 특히 이 장치로부터 1.0, 2.0 및 3.0 미터 떨어진 위치에서 충분한 살균 효율을 위해서 사용될 수 있는 소정의 펄스 동안에 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 파워 플럭스의 범위들에 초점을 둔다. 특히, 도 6은 장치로부터 1.0, 2.0 및 3.0 미터 떨어진 거리들 및 램프 표면에 대해서 특정된 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 파워 플럭스 및 에너지 플럭스의 목표 범위들을 갖는 룸/구역 살균 장치의 살균성 광원(98) 을 예시한다. 전체 룸/구역 살균 장치는 도면을 단순화시키기 위해서 도 6에서는 도시되지 않으며, 장치는 대체적으로 도 1 내지 도 3을 참조하여서 기술된 장치 특징부들 및 구성들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 살균성 광원(98) 은 펄스형 살균성 광원 또는 연속형 살균성 광원일 수 있으며, 후자의 실시예에서, 룸/구역 살균 장치는 광원으로부터의 광을 펄스화하도록 광원을 턴 온 및 오프시키기 위한 회로를 포함한다는 점이 특히 주목된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 살균성 광원(98)의 표면에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스의 목표 범위들은 대략 20 J/m2 내지 대략 1500 J/m2일 수 있다. 또한, 살균성 광원(98)의 표면에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 파워 플럭스의 목표 범위는 대략 0.8 MW/m2 내지 대략 5.0 MW/m2일 수 있다. 보다 구체적인 실시예들에서, 살균성 광원(98)의 표면에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스 및 파워 플럭스는 각기 대략 20 J/m2 내지 대략 500 J/m2 및 대략 0.8M W/m2 내지 대략 1.5 MW/m2일 수 있다. 도 6에서 더 도시된 바와 같이, 살균성 광원(98)으로부터 대략 1.0 미터 떨어진 거리에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스의 목표 범위들은 대략 0.02 J/m2 내지 대략 1.5 J/m2일 수 있다. 또한, 살균성 광원(98)으로부터 대략 1.0 미터 떨어진 거리에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 파워 플럭스의 목표 범위는 대략 800 W/m2 내지 대략 5000 W/m2일 수 있다. 보다 구체적인 실시예들에서, 살균성 광원(98)으로부터 대략 1.0 미터 떨어진 거리에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스 및 파워 플럭스는 각기 대략 0.02 J/m2 내지 대략 0.5 J/m2 및 대략 800 W/m2 내지 대략 1500 W/m2일 수 있다.
도 6은 살균성 광원(98)으로부터 대략 2.0 미터 떨어진 거리에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스의 목표 범위들은 대략 6.0 μJ/m2 내지 대략 370 μJ/m2일 수 있다는 것을 또한 나타낸다. 또한, 살균성 광원(98)으로부터 대략 2.0 미터 떨어진 거리에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 파워 플럭스의 목표 범위는 대략 200 W/m2 내지 대략 1300 W/m2일 수 있다. 보다 구체적인 실시예들에서, 살균성 광원(98)으로부터 대략 2.0 미터 떨어진 거리에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스 및 파워 플럭스는 각기 대략 6.0 μJ/m2 내지 대략 250μJ/m2 및 대략 200 W/m2 내지 대략 800 W/m2일 수 있다. 또한, 도 6은 살균성 광원(98)으로부터 대략 3.0 미터 떨어진 거리에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스의 목표 범위들은 대략 1.5 μJ/m2 내지 대략 95 μJ/m2일 수 있음을 또한 나타낸다. 또한, 살균성 광원(98)으로부터 대략 3.0 미터 떨어진 거리에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 파워 플럭스의 목표 범위는 대략 50 W/m2 내지 대략 300 W/m2일 수 있다. 보다 구체적인 실시예들에서, 살균성 광원(98)으로부터 대략 3.0 미터 떨어진 거리에서 대략 200 nm 내지 대략 320 nm의 자외선 광의 에너지 플럭스 및 파워 플럭스는 각기 대략 6.0 μJ/m2 내지 대략 120 μJ/m2 및 대략 200 W/m2 내지 대략 600 W/m2일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 명세서에서 기술되는 구역/룸 살균 프로세스들은 살균성 펄스형 광원의 동작에 있어서 Kamrukov 등에 허여된 미국 특허 번호 6,264,802 및 Wekhof에게 허여된 미국 특허 번호 5,144,146, 및 Tipton에 의한 미국 특허 공개 번호 US2008/0150443에서 교시된 파라미터 요건들 중 어느 것도 만족하지 않는다. 특히, 살균성 광원으로부터 떨어진 거리들 1.0, 2.0 및 3.0 미터에 대해서 도 6을 참조하여서 인용된 최대 파워 플럭스는 5000 W/m2이며, 이는 Kamrukov 등에 허여된 미국 특허 번호 6,264,802에서 교시된 최소 파워 플럭스 요구 수준인 100 KW/m2보다 102만큼 작다. 마찬가지로, 도 6에서 도시된 목표 파워 플럭스 범위들 중 임의의 것을 사용하여 수행된 살균 프로세스의 사이클 시간에 대한 UV 광의 평균 파워 밀도는 Wekhof에게 허여된 미국 특허 번호 5,144,146에서 교시된 요구 수준보다 적어도 102 만큼 작을 가능성이 있다. 특히, 본 명세서에서 제공된 사상의 진전 동안에 60 Hz 내지 대략 70 Hz의 펄스 주파수로 수행된 살균 프로세스는 Wekhof에게 허여된 미국 특허 번호 5,144,146에서 교시된 최소 파워 플럭스 요구 수준(minimum power plux requirement)인 100 W/m2보다 102 만큼 작은 2.9 W/m2의 평균 파워 플럭스를 살균 프로세스의 동작 동안의 UV 범위의 평균 파워 플럭스로서 갖는다고 계산되었다. 또한, 도 6에서 도시된 목표 파워 플럭스 범위들 중 임의의 것을 사용하여 수행된 임의의 살균 프로세스는 RMS 파워의 평균 파워 요구치(average power requirement)에 대한 비 또는 피크 파워의 평균 파워 요구치에 대한 비를 만족시킬 가능성이 없다. 예를 들어, 본 명세서에서 제공된 사상의 진전 동안에 60 Hz 내지 대략 70 Hz의 펄스 주파수로 수행된 살균 프로세스는 소정의 펄스 동안에 살균성 광원으로부터 대략 1.0 미터 떨어진 거리에서 RMS 파워의 평균 파워에 대한 비 1.4 또는 피크 파워의 평균 파워에 대한 비 4.2를 보였다.
일부 실시예들에서, 55 Hz 내지 80 Hz 범위의 주파수들, 특히, 67 Hz가 특히, 본 명세서에서 기술되는 살균 프로세스들에 대해 적합하다고 고려되었다. 특히, 이러한 값들을 갖는 주파수들은 이보다 높은 주파수들에 비해서 펄스당 보다 높은 파워를 가지며, 이로써, 해당 주파수들의 전체적인 UVC 투여량(dose)은 보다 크며, UVC 투여량은 역제곱 법칙(inverse-square law)으로 인해서 보다 큰 거리들에서 실질적으로 보다 커진다. 또한, 이러한 범위의 주파수들에서 전기 에너지를 광학 에너지로 변환시키는 것은 이보다 높은 주파수들에 비해서 보다 효율적이다. 또한, 상대적으로 큰 입사각 및 반사각을 다룰 때에 해당 범위의 주파수들에서 전체적인 에너지 손실은 덜하다. 룸 살균 프로세스들에 있어서, 살균 광원의 가시선(line of sight)에 있지 않은 구역들에 도달하기 위해서는 광 조작량을 최대화하는 것이 바람직하다. 55 Hz 내지 80 Hz의 범위의 주파수들이 몇몇 이유들로 인해서 유리할 수 있지만, 본 명세서에서 기술되는 살균 프로세스들에서 80 Hz 보다 크거나 55 Hz 보다 낮은 주파수들을 고려하는 것도 적당하다.
또한, 50 Hz 이상의 주파수들은 1.0 Hz 내지 2.0 Hz의 주파수에서 수행된 프로세스들과는 구별된 유리한 특성들을 나타내었다. 특히, 50 Hz 이상의 주파수들로부터 생성된 광의 잡음은 1.0 Hz 내지 2.0 Hz의 주파수로부터 생성된 광의 잡음보다 실질적으로 낮았다. 또한, 50 Hz 이상의 주파수들로부터 생성된 광의 시각적 강도는 1.0 Hz 내지 2.0 Hz의 주파수로부터 생성된 광의 시각적 강도보다 실질적으로 낮았다. 또한 이러한 측면에서, 1.0 내지 2.0 Hz 주파수 프로세스에 있어서 램프로부터 방출된 가시 광을 차단하는데 가시 광 필터가 사용되는 경우에(어떠한 필터도 50 Hz 이상의 주파수들에 대해서는 장치 상에 사용되지 않음), 50 Hz 이상의 주파수들로부터 생성된 광의 시각적 강도 역시 1.0 Hz 내지 2.0 Hz의 주파수로부터 생성된 광의 시각적 강도보다 실질적으로 낮았다는 것이 추가 테스트에서 발견되었다.
추가적으로 이러한 테스트 시에, 가시 광 필터를 사용한 1.0 내지 2.0 Hz 주파수 프로세스에 있어서 5 분 사이클 시간의 살균 효율은 가시 광 필터가 1.0 내지 2.0 Hz 프로세스 동안에 살균 장치 상에 사용되지 않은 실시예들에 비해서, 주목하게는 1/2 로그 차(half a log difference)에 걸쳐서, 실질적으로 감소하였다는 것이 발견되었다. 이러한 살균 효율 저감은 방출된 광 방사선의 변화된 스펙트럼 및 목표 표면에서의 총 UVC 투여량의 감소의 조합으로 인한 것이라고 사료된다. 가시 광 필터가 생성된 가시 광의 극단부분으로 인해서 1.0 내지 2.0 Hz 주파수 살균 프로세스들에 있어서 일반적으로 필요하다면, 50 Hz 이상의 주파수들을 사용하는 살균 프로세스들에 있어서 보다 짧은 살균 사이클(즉, 5분보다 짧음)이 가능한데, 이는 이러한 경우에는 가시 광 필터가 시각적 자극을 감쇠시키기 위해서 필요 없을 수 있기 때문이다. 또한, 채용된 펄스당 보다 낮은 파워 플럭스로 인해서 50 Hz 이상의 주파수들을 사용하는 살균 프로세스들에서 전구 수명 개선이 실현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 명세서에서 기술되는 방법들 및 장치들에 대해서 시저를 유도하는 안전 임계치(일반적으로 약 60 Hz이다고 간주됨)보다 높은 주파수를 사용하는 것이 유리할 수 있지만, 더 상술한 바와 같이, 보다 낮은 주파수들(즉, 60 Hz 미만의 주파수들)도 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 잠재적으로 시저를 유도할 수 있다고 고려되는 주파수들(일반적으로 3 내지 60 Hz로 고려되는 범위)이 본 명세서에서 개시된 장치들 및 방법들에서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 살균성 광원으로부터 가시 광의 생성을 차단 또는 차폐하는 수단들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 살균 장치는 살균성 광원으로부터 생성된 대부분의 또는 모든 가시 광을 감쇠하도록 구성된 광학 필터를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 살균 장치는 살균성 광원과는 별개의 가시 광원을 포함할 수 있으며, 이 가시 광원은 살균성 광원에 의해서 생성된 가시 광을 차단하는데 사용되거나, 이 2 개의 광원들으로부터의 가시 광의 집합적 투사로 된 결과적 광이 시저를 유발하기 위한 안전 임계치보다 크도록(예를 들어, 60 Hz 보다 크도록) 살균성 광원으로부터의 광의 펄스들과 동기적으로 펄스화된다.
도 8은 이러한 방식으로 사용될 수 있는 살균성 광원 및 별도의 가시 광원(visible light source)을 포함하는 장치의 실례를 예시한다. 특히, 도 8은 살균성 광원(102) 및 가시 광원(112)을 포함하는 장치(100)를 예시한다. 살균성 광원(102)은 살균성 광 및 가시 광 모두를 생성하도록 구성된 임의의 살균성 광원(102)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 살균성 광원(102)은 살균성 자외선 광 및 가시 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 살균성 광원(102)은 살균성 보라색-청색 가시 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 임의의 경우에서, 살균성 광원(102)은 펄스형 살균성 광원 또는 연속형 살균성 광원일 수 있다. 후자의 경우에, 장치(100)는 광의 재현 펄스들이 연속형 살균성 광원으로부터 생성될 수 있도록 연속형 살균성 광원을 설정 주파수로 턴 온 및 오프하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
가시 광원(112)은 연속적 광을 생성할 수 있는 것들 및 펄스화된 광을 생성한 것들을 포함하는, 가시 광을 생성하도록 구성된 임의의 광원(102)을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 가시 광원(112)은 가시적이지 않은 광을 추가적으로 생성할 수 있다. 특정한 실시예들에서, 가시 광원(112)은 살균성 광, 예를 들어, 살균성 자외선 광 및 살균성 보라색-청색 가시 광을 추가적으로 생성할 수 있다. 이러한 경우들의 일부에서는, 가시 광원(112)은 살균성 광원(102)과 동일한 타입의 광을 생성할 수 있으며, 추가 실시예들에서는, 살균성 광원(102)과 유사한 타입의 광원일 수 있다(즉, 동일한 방식으로 광을 생성하는 광원들일 수 있다). 그러나, 또 다른 경우들에서, 가시 광원(112)은 살균성 광을 생성하도록 구성되지 않을 수 있다. 고려될 수 있는 가시 광 램프들의 실례는 다음으로 한정되지 않지만, LED 램프들, 형광 램프들 및 가시 광을 생성하는 임의의 타입의 살균성 광원을 포함한다.
임의의 경우에서, 가시 광원(112)에 의해 생성된 가시 광은 살균성 광원(102)으로부터 투사되거나 해당된다면 살균성 광원(102) 주변의 광학 필터를 통과한 광의 평균 가시 광 강도의 적어도 대략 90%의 평균 강도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 가시 광원(112)에 의해 생성된 가시 광은 살균성 광원(102)으로부터 투사되거나 해당된다면 살균성 광원(102) 주변의 광학 필터를 통과한 광의 가시 광 강도보다 큰 강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 가시 광원(112)이 연속적 광을 방출하는 실시예들에서, 가시 광원(112)에 의해 생성된 가시 광의 강도는 살균성 광원(102)으로부터 투사되거나 해당된다면 살균성 광원(102) 주변의 광학 필터를 통과한 가시 광의 강도보다 적어도 대략 150% 만큼 클 수 있다. 이와 달리, 가시 광원(112)이 가시 광의 펄스들을 생성하는 실시예들에서, 가시 광원(112)에 의해 생성된 가시 광은 살균성 광원(102)으로부터 투사되거나 해당된다면 살균성 광원(102) 주변의 광학 필터를 통과한 가시 광의 평균 가시 광 강도의 적어도 대략 대략 90% 내지 대략 110%의 평균 강도를 가질 수 있다. 일반적으로, 이러한 강도들은 광원들로부터의 임의의 소정의 거리에서 측정될 수 있지만, 해당 강도들은 광원들로부터 1.0 미터 이상 만큼 떨어진 소정의 거리에서 측정되는 것이 특히 적합할 수 있으며, 일부 경우들에서는, 광원들로부터 2.0 미터 이상 떨어진 거리 또는 3.0 미터 이상 떨어진 거리에서 측정될 수도 있다. 이러한 방식으로, 가시 광원(112)으로부터의 가시 광의 투사는 살균성 광원(102)으로부터의 가시 광의 투사를 차단하기에 충분하거나 이와 실질적으로(즉, +/- 10 %) 균등할 수 있다
일부 특정 경우들에서, 가시 광원(112)은 살균성 광원(102)과 유사한 차원적 구성들(즉, 형상 및 크기)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가시 광원(112) 및 살균성 광원(102)이 대략 20% 내에서 서로의 외측 표면적을 갖는 것이 유리할 수 있다. 이러한 비교할만한 표면적들을 갖는 것은 광이 비교할만한 강도를 갖는 것 이외에도 비교할만한 양의 광을 방출하는 광원들을 실현할 수 있다. 일부 경우들에서, 가시 광원(112) 및 살균성 광원(102)은 대략 10% 이하 내에서 서로의 외측 표면적을 가질 수 있다. 특정한 실시예들에서, 가시 광원(112) 및 살균성 광원(102)은 대략 동일한 외측 표면적들을 가질 수 있다.
일부 경우들에서, 가시 광 램프(112)는 살균성 광원(102)으로부터 생성된 가시 광의 스펙트럼과 일치하도록 틴팅처리될 수 있다(tinted). 추가적으로 또는 대안적으로, 가시 광원(112)이 살균성 광원(102)보다 낮은 전력을 사용하는 램프인 것이 유리할 수 있다. 특히, 이러한 가시 광 램프를 사용하고 또한 광이 인간의 눈에 펄스화되게 보이는 주파수(예를 들어, 60 Hz 미만의 주파수들)로 펄스화된 살균성 광원을 사용하는 살균 프로세스는 광이 인간의 눈에 연속적으로 보이게 된느 주파수로 펄스화된 살균성 광원을 사용하는 살균 프로세스에 비해서 낮은 전력 소모량을 요구할 수 있다. 이러한 보다 낮은 전력 소모량은 살균성 광원만을 사용하는 프로세스에 비해서 이중 램프 프로세스를 사용하는 것의 이점일 수 있다.
반드시 이로 한정되지는 않지만, 장치(100)는 룸/구역 살균 장치일 수 있으며, 이로써, 살균성 광원(102) 및 가시 광원(112)은 장치(100)가 배치된 구역/룸의 공간으로 광범위하게 광을 분포시키도록 구성될 수 있다. 또한, 살균성 광원(102) 및 가시 광원(112)은 장치(100)로부터 1.0 미터 또는 2.0 미터 또는 3.0 미터보다 멀리 떨어진, 상기 룸 또는 구역 내의 표면들로 광을 분포시키도록 본 명세서에서 기술되는 장치들 내에서 구성될 수 있다. 특정한 실시예들에서, 살균성 광원(102) 및 가시 광원(112)은 실질적으로 유사한 공간적 광 분산 패턴들을 갖도록 구성될 수 있다. 광원들은 이러한 목적들을 달성하기 위해서 임의의 형상, 크기, 또는 구성을 가질 수 있다. 특정한 실시예들에서, 살균성 광원(102) 및 가시 광원(112) 각각은 도 8에 도시된 장치의 지지 구조체의 수평 면에 수직인 길이 방향으로 배향될 수 있다.
룸 또는 구역 내에서, 특히, 장치(100)로부터 1.0, 2.0 또는 3.0 미터 떨어진 거리들에서 살균을 실현하거나 살균 성능을 개선시킬 수 있는 다른 특징부들이 장치(100) 내에 포함될 수 있다. 이러한 실례들 중 몇몇이 도 1 내지 도 3을 참조하여서 상술되었으며 간략성을 위해서 반복되지 않는다. 또한, 장치(100)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술된 장치들을 참조하여 기술된 특징부들 중 임의의 것을 포함할 수 있으며, 이러한 특징부들은 다음으로 한정되지 않지만, 에너지 저장 요소/요소들(26), 트리거 전압 회로(28), 전력 회로(30), 펄스 지속시간 회로(32), 프로그램 인스트럭션(34), 프로세서(36), 선택사양적 배터리(38), 원격 사용자 인터페이스(40), 전력선(42), 바퀴(44), 점유 감지 센서(46), 장치 상의 사용자 인터페이스(원격 사용자 인터페이스(40)에 추가적인 것이거나 대안적인 것임), 장치의 휴대성을 보조하는 핸들, 전력 소켓 유입부(전력선(42)에 추가적인 것이거나 대안적인 것임) 및/또는 추가 센서들, 예를 들어, 추가 점유 감지 센서들 및 광 센서들을 포함한다. 이러한 특징부들 중 일부는 도 9에서의 도면의 단순화시키기 위해서 장치(100)에서는 도시되지 않았다. 또한, 이러한 특징부들 중 일부는 간략성을 위해서 장치(100)를 참조하여서 기술되지 않는다.
도 8에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 전력 공급 회로(26), 펄스 회로(108), 프로그램 인스트럭션(28), 프로세서(30), 배터리(32), 원격 사용자 인터페이스(34), 및 점유 감지 센서(48)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 전력 공급 회로(26)는 그의 동작 동안에 광원들(102 및 112) 각각에 전력을 공급하도록 구성되며, 펄스 회로는 가시 광원으로부터의 광이 재현 펄스들로 또는 연속적으로 방출되는지에 따라서, 살균성 광원(102) 및 가능하게는 가시 광원(112)에서 광의 펄스들을 실현하도록 구성된다. 가시 광원(102)이 가시 광을 연속적으로 생성하도록 동작하는 경우에는, 가시 광은 살균성 광원에 의해서 생성된 가시 광을 실질적으로 차단하는 역할을 한다. 반대로, 가시 광원(102)이 가시 광의 재현 펄스들을 생성하도록 동작하는 경우에는, 가시 광원으로부터의 가시 광의 펄스들은 살균성 광원의 광의 투사들 간에 투사되어서, 2 개의 광원들로부터의 가시 광의 투사들은 시저 유발을 최소화하는 60 Hz 보다 큰 주파수로 펄스화된 가시 광의 집합적 스트림을 생성한다. 이러한 경우에, 살균성 광원 및 가시 광원은 동일한 주파수로 하지만, 서로에 대해 위상 차를 가지면서 펄스화된다. 살균성 광원 및 가시 광원의 펄스 지속시간은 동일 또는 상이할 수 있다.
도 9는 서로에 대해 광원들(102 및 112) 각각에서 광을 생성하는 2 개의 선택사양적 옵셥들의 도면을 예시한다. 특히, 도 9는 광의 펄스가 살균성 광원에서 생성되는 것을 나타내는 블록(120)을 도시한다. 또한, 도 9는 살균성 광원과 별도의 가시 광원에서 생성된 광이 연속적으로 생성되거나 펄스화되는 것을 나타내는 블록(122)을 도시한다. 또한, 도 9는 가시 광원으로부터의 가시 광의 투사들 및 살균성 광원으로부터의 가시 광의 투사들이 60 Hz 보다 큰 주파수로 펄스화된 가시 광의 집합적 스트림 또는 가시 광의 연속적 스트림을 생성하도록 이러한 2 개의 광원들로부터의 광들의 생성이 제어되는 것을 나타내는 블록(124)을 도시한다.
상술한 바와 같이, 살균성 광원으로부터 생성된 대부분의 또는 모든 가시 광을 감쇠하도록 구성된 광학 필터는 살균성 광원으로부터의 가시 광의 생성을 차단하는데 사용될 수 있다. 이러한 광학 필터의 사용은 살균성 광원이 Hz 및 50 Hz의 주파수로 펄스화되는 실시예들로 한정되지 않는다는 것이 주목된다. 특히, 본 명세서에서 기술되는 장치들 중 임의의 것은 그로부터 생성된 광의 펄스 주파수와 상관없이, 살균성 광원으로부터 생성된 대부분의 또는 모든 가시 광을 감쇠하도록 구성된 광학 필터를 포함할 수 있다. 하지만, 가시 광을 감쇠하도록 구성된 광학 필터 일반적으로 특히, 룸 살균 장치로부터 1, 2 및 3 미터 떨어진 거리들에서 룸 살균 장치의 살균 효율을 저감시킬 수 있다는 것이 주목된다. 이로써, 일부 경우들에서, 본 명세서에서 기술되는 장치들에서 가시 광을 감쇠하도록 구성된 광학 필터를 생략하는 것이 유리할 수 있다.
본 발명이 3 Hz 보다 큰 주파수로 살균성 펄스형 광원을 트리거하는 펄스화된 광 살균 시스템들 및 방법들을 제공한다고 사료된다는 것이 본 개시의 이점을 갖는 본 기술 분야의 당업자에게는 이해될 것이다. 본 발명의 다양한 양태들의 추가 수정사항들 및 대안 실시예들은 이러한 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 설명은 오직 예시적으로만 해석되어야 하며 본 기술 분야의 당업자에게 본 발명을 수행하는 일반적인 방식을 교시하기 위한 것이다. 본 명세서에서 기술 및 도시된 본 발명의 형태는 현 바람직한 실시예들로서 간주되어야 한다는 것이 이해될 것이다. 요소들 및 재료들이 본 명세서에서 기술 및 예시된 것들과 관련하여 대체할 수 있으며, 부분들 및 프로세스들은 반대로 될 수 있으며, 본 발명의 특정 특징부들은 독립적으로 사용될 수 있으며, 이러한 바들 모두는 본 발명의 설명의 이점을 취한 후에 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서에서 기술되는 요소들은 다음의 청구항들에서 기술되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "대략"은 진술된 수의 +/- 5%까지의 편차를 말한다.
Claims (50)
- 살균 장치로서,
살균성 펄스형 광원(germicidal pulsed light source)으로부터 생성된 살균성 광이 상기 살균 장치 외부로 투사되도록 상기 살균 장치 내에 배치되는 상기 살균성 펄스형 광원;
대략 20 Hz 보다 큰 설정 주파수로 트리거 전압(trigger voltage)을 상기 살균성 펄스형 광원에 인가하기 위한 전력 조절기 회로;
전력 공급 회로;
상기 전력 공급 회로 및 살균성 펄스형 광원에 연결된 하나 이상의 전하 저장 장치들;
상기 하나 이상의 전하 저장 장치들 및 살균성 펄스형 광원 간에 연결된 펄스 지속시간 회로(pulse duration circuitry)로서, 상기 하나 이상의 전하 저장 장치들 및 펄스 지속시간 회로는 상기 살균성 펄스형 광원에서 생성된 200 nm 내지 320 nm의 파장 범위의 자외선 광의 에너지 플럭스(energy flux)가 대략 20 J/m2 내지 1000 J/m2의 범위에 있도록 설정된 시간량 동안에 설정된 양의 저장된 에너지를 방전하도록 구성된, 펄스 지속시간 회로;
상기 살균 장치로부터 적어도 1.0 미터만큼 연장된 영역에서 개인의 존재를 결정하기 위한 점유 감지 센서;
프로세서; 및
상기 점유 감지 센서가 개인의 존재를 감지하면 상기 살균성 펄스형 광원으로부터 광을 생성하는 것을 억제 및 종료하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능한 프로그램 인스트럭션;을 포함하는 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전력 조절기 회로는 대략 40 Hz 보다 높은 주파수로 상기 트리거 전압을 인가하는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전력 조절기 회로는 대략 60 Hz 보다 높은 주파수로 상기 트리거 전압을 인가하는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전력 조절기 회로는 대략 55 Hz 내지 대략 80 Hz의 주파수로 상기 트리거 전압을 인가하는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전하 저장 장치들 및 펄스 지속시간 회로는 상기 살균성 펄스형 광원에서 생성된 200 nm 내지 320 nm의 파장 범위에서의 자외선 광의 에너지 플럭스가 대략 20 J/m2 내지 대략 500 J/m2의 범위에 있도록 설정된 시간량 동안에 설정된 양의 저장된 에너지를 방전하도록 구성된, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균성 펄스형 광원은 대략 50 cm2 내지 대략 250 cm2의 외측 표면적을 갖는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균성 펄스형 광원은 다색(polychromatic) 살균성 광원인, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균성 펄스형 광원은 크세논 방전 램프인, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 프로그램 인스트럭션은, 상기 프로세서에 의해서, 상기 살균 장치가 작동될 폐쇄된 공간의 특성에 대한 데이터를 수신하도록 실행가능한, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균성 펄스형 광원을 둘러싸는 하우징(housing)으로서, 상기 하우징의 측벽부들은 자외선 광을 투과시키며, 상기 살균성 펄스형 광원 및 하우징은 상기 살균성 펄스형 광원으로부터 방출되어 상기 하우징을 통과하는 자외선 광이 상기 살균 장치 외부로 투사되도록 상기 살균 장치 내에 배치되는, 상기 하우징;
상기 하우징의 제 1 단부에 배치된 가스 유입구; 및
상기 하우징의 상기 제 1 단부 반대편의 제 2 단부에 배치된 가스 유출구;를 더 포함하는, 살균 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 가스 유출구 근처에 배치된 오존 필터를 더 포함하는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균성 펄스형 광원은 상기 살균 장치의 수평 면에 실질적으로 수직인 길이방향으로 배치되는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균 장치는, 상기 살균성 펄스형 광원으로부터 방출된 광이 상기 살균 장치로부터 적어도 1 미터만큼 떨어져서 상기 살균 장치를 둘러싸도록, 상기 살균성 펄스형 광원의 긴 부분(elongated portion)의 360°둘레에 불투과성 구성요소(opaque component)가 없는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균 장치가 이동되게 하는 바퀴를 더 포함하는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균 장치는 상기 살균성 펄스형 광원을 상기 살균 장치 내에서 이동시키는 액추에이터를 포함하는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전력 공급 회로에 연결된 배터리를 더 포함하는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
건물의 본관 교류 전력 공급부에 연결하기 위한 지지 구조체를 포함하는 전력선 및/또는 전력 소켓 유입부를 더 포함하며,
상기 전력 공급 회로는,
상기 전력선 및/또는 전력 소켓 유입부를 통해 수신된 교류 전류를 증가시키기 위한 승압 변압기; 및
상기 승압 변압기로부터 수신된 교류 전류를 직류 전류로 변환하기 위한 정류기를 포함하는, 살균 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균성 펄스형 광원은 자외선 광 및 가시 광을 생성하며, 상기 살균 장치는 상기 살균성 펄스형 광원과는 별도의 가시 광원을 더 포함하며, 상기 가시 광원 및 살균성 광원은 대략 20% 내에서 서로의 외측 표면적을 포함하는, 살균 장치. - 사람이 점유할 수 있는 폐쇄된 공간에서 표면 상의 세균 오염을 저감시키는 방법으로서,
사람이 점유할 수 있는 폐쇄된 공간 내에 배치된 살균 장치의 살균성 광원으로부터 대략 20 Hz 보다 큰 주파수로 광의 펄스들을 생성하는 단계; 및,
상기 살균 장치로부터 적어도 1.0 미터만큼 떨어진 상기 폐쇄된 공간 내의 표면들에 상기 광의 펄스들을 투사하는 단계로서, 상기 살균성 광원에 의해 생성된 광의 펄스들은 상기 표면들에서 대략 200 J/m2 내지 대략 5000 J/m2의 파워 플럭스(power flux)를 갖는, 200 nm 내지 320 nm의 파장 범위의 자외선 광을 생성하기에 충분한 펄스 지속시간(pulse duration) 및 에너지 플럭스를 갖는, 상기 투사하는 단계;를 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 살균 장치를 포함하는 점유 감지 센서로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 살균 장치의 동작을 억제하거나 종료하는 단계를 더 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 광의 펄스들을 투사하는 단계는, 상기 살균 장치로부터 적어도 2.0 미터만큼 떨어진, 상기 폐쇄된 공간 내의 표면들에 상기 광의 펄스들을 직접적으로 투사하는 단계를 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 광의 펄스들을 생성하는 단계는 대략 40 Hz 보다 큰 주파수로 광의 펄스들을 생성하는 단계를 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 광의 펄스들을 생성하는 단계는 대략 60 Hz 보다 큰 주파수로 광의 펄스들을 생성하는 단계를 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 광의 펄스들을 생성하는 단계는 대략 55 Hz 내지 80 Hz의 주파수로 광의 펄스들을 생성하는 단계를 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 광의 펄스들을 생성하는 단계는 대략 80 Hz 보다 큰 주파수로 광의 펄스들을 생성하는 단계를 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 살균성 광원에 의해 생성된 광의 펄스들은, 상기 표면들에서 대략 200 J/m2 내지 2500 J/m2의 파워 플럭스를 갖는, 200 nm 내지 320 nm의 파장 범위의 자외선 광을 생성하기에 충분한 펄스 지속시간 및 에너지 플럭스를 갖는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 살균성 광원에 의해 생성된 광의 펄스들은, 상기 표면들에서 대략 200 J/m2 내지 1000 J/m2의 파워 플럭스를 갖는, 200 nm 내지 320 nm의 파장 범위의 자외선 광을 생성하기에 충분한 펄스 지속시간 및 에너지 플럭스를 갖는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 광의 펄스들을 생성 및 투사하는 단계 동안에 상기 살균 장치의 지지 구조체에 대해 상기 살균성 광원을 자동으로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 광의 펄스들을 생성 및 투사하는 단계 동안에 상기 살균 장치를 자동으로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 살균성 광원은 다색 살균성 광원인, 세균 오염 저감 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 살균성 광원은 자외선 광 및 가시 광을 생성하며,
상기 방법은, 상기 살균성 광원과는 별도인 가시 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하여서, 상기 가시 광원 및 살균성 광원으부터의 가시 광들의 투사가 결합되어 50 Hz 보다 큰 주파수로 펄스화된 가시 광의 집합적 스트림(collective stream) 또는 가시 광의 연속적 스트림(continuous stream)을 생성하는 단계를 더 포함하는, 세균 오염 저감 방법. - 표면들을 살균하기 위한 방법으로서,
광의 펄스들을 살균성 광원으로부터 생성하는 단계로서, 상기 살균성 광원으로부터의 광의 펄스들은 살균성 광 및 가시 광을 포함하는, 상기 살균성 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하는 단계; 및
상기 살균성 광원과는 별도인 가시 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하는 단계로서, 상기 가시 광원으로부터의 가시 광의 투사 및 상기 살균성 광원으로부터의 가시 광의 투사는 60 Hz 보다 큰 주파수로 펄스화된 가시 광의 집합적 스트림 또는 가시 광의 연속적 스트림을 생성하는, 상기 가시 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하는 단계;를 포함하는, 표면 살균 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 가시 광원으로부터의 가시 광의 투사 및 상기 살균성 광원으로부터의 가시 광의 투사는 60 Hz 보다 큰 주파수로 펄스화된 가시 광의 집합적 스트림 또는 가시 광의 연속적 스트림을 생성하는, 표면 살균 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 가시 광원으로부터의 가시 광의 투사 및 상기 살균성 광원으로부터의 가시 광의 투사는 90 Hz 보다 큰 주파수로 펄스화된 가시 광의 집합적 스트림 또는 가시 광의 연속적 스트림을 생성하는, 표면 살균 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 살균성 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하는 단계는 설정 주파수로 광의 펄스들을 생성하는 것을 포함하며, 상기 가시 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하는 단계는 상기 설정 주파수로 하지만 상기 살균성 광원으로부터의 광의 펄스들의 생성과는 위상 차를 가지면서 광의 펄스들을 생성하는 것을 포함하는, 표면 살균 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 살균성 광원으로부터 광의 펄스들을 생성하는 단계는 대략 3 Hz 내지 대략 50 Hz의 주파수로 광의 펄스들을 생성하는 단계를 포함하는, 표면 살균 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 가시 광원으로부터 생성된 광의 펄스들은 상기 살균성 광원으로부터 생성된 광의 펄스들의 평균 가시 광 강도의 대략 90% 내지 대략 110%의 평균 강도를 포함하는, 표면 살균 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 가시 광의 연속적 스트림 또는 상기 가시 광의 집합적 스트림을, 상기 살균성 광원 및 가시 광원을 포함하는 살균 장치 외부의 공기 공간으로 투사하고 상기 살균 장치로부터 적어도 대략 1.0 미터만큼 떨어진 표면에는 직접적으로 투사하는 단계를 더 포함하는, 표면 살균 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 가시 광의 연속적 스트림 또는 상기 가시 광의 집합적 스트림을 적어도 대략 4 m3의 파티셔닝된 구역(partitioned area)으로 투사하는 단계를 더 포함하는, 표면 살균 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 살균성 광원은 다색 광원인, 표면 살균 방법. - 살균 장치로서,
살균성 광 및 가시 광을 방출하도록 구성된 살균성 펄스형 광원;
트리거 전압을 설정 주파수로 상기 살균성 펄스형 광원에 인가하기 위한 전력 조절기 회로;
상기 살균성 광원과는 별개인 가시 광원으로서, 상기 가시 광원 및 살균성 광원은 대략 20% 내에서 서로의 외측 표면적을 포함하는, 상기 가시 광원; 및
상기 가시 광원이 광을 생성하도록 하기에 충분한 전류를 상기 가시 광원에 공급하도록 구성된 공급 회로를 포함하는, 살균 장치. - 제 41 항에 있어서,
상기 전력 조절기 회로는 상기 트리거 전압을 대략 3 Hz 내지 대략 50 Hz의 설정 주파수로 인가하도록 구성된, 살균 장치. - 제 41 항에 있어서,
상기 공급 회로는 상기 설정 주파수로 하지만 상기 인가된 트리거 전압과는 위상 차를 가지면서 전류를 상기 가시 광원에 공급하도록 구성된, 살균 장치. - 제 41 항에 있어서,
상기 공급 회로는 상기 살균성 펄스형 광원에서 생성된 광의 투사들 간에서 그리고 투사들 동안에 상기 가시 광원을 연속적으로 동작시키도록 전류를 상기 가시 광원에 공급하도록 구성된, 살균 장치. - 제 44 항에 있어서,
상기 가시 광원은 상기 살균성 펄스형 광원에 의해 생성된 광의 펄스들의 가시 광 강도보다 큰 강도로 가시 광을 생성하도록 구성된, 살균 장치. - 제 41 항에 있어서,
상기 가시 광원은 상기 살균성 광원으로부터 생성된 광 펄스들의 평균 가시 광 강도의 대략 90% 내지 대략 110%의 평균 강도를 갖는 가시 광을 생성하도록 구성된, 살균 장치. - 제 41 항에 있어서,
상기 살균성 펄스형 광원으로부터 방출된 가시 광의 적어도 대부분의 양을 감쇠시키도록 구성된 광학 필터를 더 포함하는, 살균 장치. - 제 41 항에 있어서,
상기 살균 장치는 상기 살균성 펄스형 광원으로부터 방출된 가시 광을 감쇠시키도록 구성된 광학 필터가 없는, 살균 장치. - 제 41 항에 있어서,
상기 살균성 펄스형 광원은 다색 펄스형 광원인, 살균 장치. - 제 41 항에 있어서,
상기 살균성 펄스형 광원은 크세논 방전 램프인, 살균 장치.
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