TWI660754B - 滅微生物紫外線管及具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統 - Google Patents
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Abstract
一種滅微生物紫外線管，供接收一流體，該滅微生物紫外線管包括：一中空管本體，包括一流入埠、一流出埠、及導接前述流入埠和流出埠的流道部，前述流道部具有一個內側面；一結合設置於上述中空管本體內側面，供上述流體行經，並遮蔽上述流道部內側面的紫外線隔離層；及至少一設置於上述中空管本體和/或上述紫外線隔離層的紫外線光源；其中，前述紫外線隔離層會吸收和/或反射來自前述紫外線光源發出的紫外光，降低前述紫外光照射至上述流道部的機率。
Description
一種管體，尤其是一種具有殺菌紫外線管及具該管的空氣調節系統。
人體以及生活成員的健康除了有賴主動段鍊身體、補充營養、確保休息等等，也必須防止外來病原例如細菌或病毒侵入。長久以來，滅菌/病毒是人類減少疾病感染的一種主要方法。針對如何排除細菌(Bacteria)，病毒(Virus)，以及其他種類的病原體(Pathogen)等等微生物，已有諸多的手段，包括可以實質去除病原體，以減少人體健康的威脅，也包括透過過濾等方法將病原體排除在人類生活範圍以外的諸多手段。
然而，病原體基於生命會自動尋求永續繁衍，也會隨著環境更新而不斷演化，而在生命體所必須的空氣、水等介質中存活和散播，面對這些潛在的威脅，相關的殺微生物方法主要可以分為物理式的以及化學式的。物理式的方法，包括過濾、在物體表面以蒸汽加熱至上百度等；化學式的方法，則可以臭氧、漂白劑等為例。但是，各種方法都有實施的限制，也很難涵蓋所有病原體，尤其考慮日常生活中的操作便利性，更使許多有效的方法難以實施。
目前，已有業者針對空調的濾網進行改良，其中一種滅微生物的方法是如美國專利US第9518487號所揭露，因為光觸媒材料具有良好
的活性，所以在濾網處設置如圖1所示的光觸媒(Photocatalyst)7，時時以紫外線照射，當空氣中存有細菌、病毒等病原體，且病原體恰好行經濾網的時候就可能接觸到被活化的光觸媒分子，而與觸媒反應分解，藉由瓦解病源體結構達到清靜空氣的功效。除二氧化鈦(Titanium dioxide)這類需利用紫外光照射的光觸媒外，目前常見的還有例如美國專利8172925號中所提出的活性碳(Carbon Filter)、以及其他業者提出的奈米銀(Nano Silver)等。
不過，觸媒的功效會受到接觸與否的條件限制，唯有在病原體與觸媒本身直接接觸的時候，才能促進分解反應。換言之，在流體通過濾網時，如果濾網的孔隙過大，許多被空氣分子所攜帶的病原體並未實際接觸濾網，就有機會直接穿越而接觸人體等宿主，成為疾病威脅。相反地，如果濾網的網眼太小太密，雖然可以提升接觸率，但包括灰塵或分解後的病原體等也會殘留而造成堵塞，使得濾網的通氣量迅速下降而失效。目前許多業者都選擇採取多層式的結構，設置更多的過濾層，希望藉此增加接觸病原體的機會，然而，多層式結構一方面需佔用更大體積，而且濾網成本提高，尤其如果是採用光觸媒，又會遇到使用激發光觸媒紫外光的UVA(波長315-400nm)以及UVB(波長280-315nm)的穿透性質不佳的問題，會使得多層濾網的效果大打折扣。
另方面，紫外線中的UVC(波長100-280nm)由於波長更短，頻率更高，因此單一光子的能量也相對提高，不只可以獨力殺菌，也會造成所照射到的材料或電路元件迅速老化，構成光劣化(Degradation)；一般在自然界中，則是因為地球的大氣層保護，使得太空中的UVC無法抵達地球表面，但基於能量較高，可能對人體造成傷害，因此在應用時也要更謹慎
考量其中的安全性問題，在使用上便受侷限。另外一個利用紫外光殺菌的問題是光衰退，亦即考量紫外光往往在傳遞過程中消散，使得發光消耗的能量無法相對有效率的轉換為殺菌的效果。
綜言之，今日的殺菌方法上，除了期望能更有效且完整的排除病原體對人類的生活環境造成的威脅，還希望能夠在殺菌的過程中不會形成對病原體以外的其他不必要的損害。此外，除了要有更有效率的殺菌技術以外，也要確保人類以及人類生活中其他成員的安全，這也是本案所欲追求的目標。
本發明之一目的在提供一種滅微生物紫外線管，藉由紫外線光源搭配中空管本體以及紫外線隔離層，可以更有效地針對介質流體進行全面性滅微生物。
本發明之另一目的在提供一種滅微生物紫外線管，藉由紫外線光源搭配紫外線隔離層，確保紫外光不致輕易外洩而損及管體或造成使用者的風險。
本發明之又一目的在提供一種滅微生物紫外線管，藉由紫外線光源搭配紫外線隔離層，結構大幅簡化，也降低產品的製造成本。
本發明之再一目的在提供一種具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統，藉由紫外線光源搭配中空管本體以及紫外線隔離層，直接且有效率地滅除微生物，提升使用環境的空氣清靜程度。
本發明之又另一目的在提供一種具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統，簡化產品結構，有效降低成本。
一種滅微生物紫外線管，供導接一流體驅動裝置，接收來自前述流體驅動裝置的一流體，該滅微生物紫外線管包括：一中空管本體，包括一承接上述流體驅動裝置所驅動的前述流體進入的流入埠、一輸送前述流體流出的流出埠、及導接前述流入埠和流出埠的流道部，前述流道部具有一個內側面；一結合設置於上述內側面，供上述流體行經，並遮蔽上述流道部內側面的紫外線隔離層；及至少一設置於上述中空管本體和/或上述紫外線隔離層的紫外線光源，前述紫外線光源被致能時，所發紫外光的波長是在100奈米至280奈米之間，並且沿前述紫外線隔離層的前述內側面界定出之空間內至少一部分達到光照強度高於40μw．sec/cm2；其中，前述紫外線隔離層會吸收和/或反射至少八成來自前述紫外線光源發出的紫外光，藉以降低前述紫外光照射至上述流道部的機率。
綜上述，本發明透過中空管本體並搭配紫外線光源直接照射，一方面簡化管體結構，降低製造成本，另方面直接且全面地針對流體介質殺菌，增加紫外光直接接觸病原體並殺菌的效率；再以適當的紫外線隔離層隔離紫外線光源作為搭配，降低紫外光外洩而造成殺菌以外的不必要損害；最後，還可以配合生物感測器，更準確地延緩流體流動而提升滅微生物效率。
1、1’、1”‧‧‧滅微生物紫外線管
11、11’‧‧‧中空管本體
111、111’‧‧‧流入埠
113、113’‧‧‧流出埠
115、115’‧‧‧流道部
117、117’‧‧‧內側面
13、13’‧‧‧紫外線隔離層
131、131’‧‧‧流入緩衝部
133、133’‧‧‧流出緩衝部
15、15’‧‧‧紫外線光源
171‧‧‧生物感測器
173‧‧‧處理器
3”‧‧‧空氣熱交換單元
31、31’、31”‧‧‧流體驅動裝置
33”‧‧‧熱交換裝置
5”‧‧‧具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統
7‧‧‧光觸媒
9、9’、9”‧‧‧流體
圖1為裝有光觸媒之先前技術的示意圖。
圖2為本發明第一較佳實施例的示意圖，用以說明本發明與流體驅動裝置以及環境之間的關係。
圖3為圖2實施例的部分剖面示意圖，用於說明本發明的內部組成關係。
圖4為本發明第二較佳實施例的示意圖，用以說明本發明與流體驅動裝置以及環境之間的關係。
圖5為圖4實施例的剖視圖，用於解釋本發明的內部組成關係。
圖6為圖4實施例的結構示意圖，用於解釋本發明的內部組成以及與流體之間的作用關係。
圖7為本發明第三較佳實施例的立體透視示意圖，用於說明本發明的內部結構關係。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚呈現；此外，在各實施例中，相同之元件將以相似之標號表示。
本發明第一較佳實施例是一種裝設於車用空調系統中的滅微生物紫外線管1。如圖2所示，滅微生物紫外線管1與作為流體驅動裝置31的風扇相導接，接收受流體驅動裝置31帶動來自車內外的空氣作為流體9。本例中的車不限於客車或者是卡車，當然，將本例中的車用空調系統轉換至家用空調系統亦不影響本發明的實質。
請一併參照圖3，本例中的滅微生物紫外線管1是以一層擠出(Extruding)成型的鋁管作為其中的紫外線隔離層13。當然，熟知本技術領域者可以輕易知悉，亦可以以錫或其他適合擠壓的材料以同樣方式製造，或是以鑄造或抽拉的方式形成例如銅或其他材質的金屬中空管體，抑或是藉由添加可吸收或反射紫外線的材料，均能簡單替代作為本發明的紫
外線隔離層，為便於理解，在此將上述藉助於金屬材料延展性而成形的金屬中空管定義為一延展金屬層。
接著，再將上述延展金屬層所構成的紫外線隔離層13置入塑膠射出模具中，以埋入射出成形(insert molding)的方式，在延展金屬層的外側一體形成出本例中的中空管本體11，為便於說明，將中空管本體11用來導接至風道上游側的部分稱謂流入埠111，氣體輸出的部分稱為流出埠113，介於流入埠111和流出埠113之間的部分則稱為流道部115。因此，紫外線隔離層13會相對緊密貼合於流道部115的內側面117。當然，若以兩種相異的金屬或合金材料，甚至金屬材質和陶瓷材質分別製作位於內側的紫外線隔離層13和外側的中空管本體11，同樣沒有偏離本發明的實質。
本實施例使用每顆LED光照強度約2250μw．sec/cm2的UVC發光二極體作為紫外線光源15，致能後，會發出波長為254奈米的UVC光。LED晶粒則是焊接在軟式電路板上，並且整體固定在紫外線隔離層13的內側表面。由於本例中是要確保紫外線光源15可以對於管內流通的空氣，累積超過22000μw/cm2的光照強度，以殺死相對更具紫外光抵抗性的細小芽孢菌等病原體，因此本例中是採12顆UVC的LED晶粒為例。
本例中的滅微生物紫外線管1還設置有一生物感測器171，在此是例釋為一種雷射式的攝影設備，藉由雷射光作為光源照射，取得高解析度低雜訊的影像，再透過放大解析，便可以追蹤流體9中是否仍有存活的病原體，甚至病原體在流體中的運動狀態，並將有機體的資訊轉換為一個回饋訊號，回饋輸送至處理器173，藉此提高紫外線光源15的驅動電流，增強光照強度；或反向降低流體驅動裝置31的壓力，減緩流體流速，增加流體9在管內接受紫外光照射的時間，以增大累計發光強度，提升殺菌效果。
此外，在紫外線隔離層13接近流入埠111和流出埠113的部位，分別形成與紫外線隔離層13一體成形的流入緩衝部131和流出緩衝部133。當紫外線光源15被致能時，藉由鋁材質的紫外線隔離層13進行反射和吸收，一方面可以減少紫外光因外洩而導致光強度大幅降低，確保在光照範圍有效殺菌；另一方面，藉由流入緩衝部131、流出緩衝部133的結構，更增長管體內空氣的照光時間；還可以大幅降低透射到中空管本體11的紫外光強度，避免大量的紫外線照射造成中空管本體11迅速光劣化。
本發明的第二較佳實施例請參照圖4，是一種應用在一般家庭水處理系統中的滅微生物紫外線管1’，尤其是適用在自來水管線入口，供一般家庭用水的滅微生物程序。因此，本例中的流體9’就是一般自來水，並且以一般家用的抽水馬達作為本例的流體驅動裝置31’，將自來水導流經過滅微生物紫外線管1’，才供給到各自來水龍頭，使得自來水可以先經過滅微生物紫外線管1’滅除病原體後，才被取出使用。
請見圖5及圖6，本例的滅微生物紫外線管之中空管本體例釋為一聚丙烯材質的中空管本體11’，其中形成有一口徑稍大接收水流入的流入埠111’，一允許流體排出的流出埠113’，以及兩者之間封閉延續的流道部115’。流道部115’向內側具有一內側面117’，並且將一層金屬以電鍍方式結合至上述內側面117’，藉此形成一層作為紫外線隔離層13’的金屬鍍層，從內側面117’側隔離保護住中空管本體11’。於本例中，紫外線隔離層13’是以銅為例，當然也可以選擇其他無害於人體的金屬材料。
在中空管本體11’中，設置有兩根例釋為紫外線高壓汞燈的紫外線光源15’，並且以水密方式支撐固定於中空管本體11’，紫外線高壓汞燈被致能時，所發光譜中包括一組中心波長約為250奈米的UVC成分，包含至少UV波長區間的200~280奈米，甚至，熟知本技術領域之人士能輕易知悉，可以多個不同發射波長的紫外線光源相互搭配，針對不同種類的病原體做殺菌及消毒處理，亦不影響本發明的實質。紫外線隔離層13’沿中空管本體11’靠近的流入埠111’以及流出埠113’處，分別還設置有流入緩衝部131’以及流出緩衝部133’，用於防止紫外光向外擴散。本例的流入緩衝部131’以及流出緩衝部133’均是由一種摻有紫外線吸收劑的樹酯製成，並可拆卸地對應固定於內側面117’。
當紫外線光源15’被致能時，因為本發明沒有其他物體會阻擋光線行進，通過滅微生物紫外線管1’的水會被紫外線光源15’發出的紫外光穿透照射均勻消毒，而且因紫外線隔離層13’具有良好的紫外光反射效果，可以在相同的耗電條件下將更多的紫外光集中利用在殺菌和消毒上，減少紫外光洩漏的能量耗費。同時，流入緩衝部131’以及流出緩衝部133’將可能擴散超出紫外線隔離層13’所覆蓋的地方的紫外光吸收，減少紫外光照射到其他地方的機率而可能造成的不必要的損害，如被塑膠製成的中空管本體11’吸收而造成光劣化。
其中，中空管本體11’內被紫外線隔離層13’遮蔽的部分於本例，由於紫外線光源15’設置在中空管本體11’正中間，因此沿紫外線隔離層13’的前述內側面117’界定出之空間內均能均勻的接收到致能後紫外線光源發出的紫外光，並且一致達到高於40μw．sec/cm2的光照強度基礎；藉此對病原體產生難以快速修復的損害。其中，本例受曝光的中空管本體11’長度約為12公分，以一般家用水流速約2cm/sec計，水流經紫外線曝光殺菌共6秒，在均勻紫外光照射下已可對九成以上病原體種類達到消毒功效。
此外，也可在水流入滅微生物紫外線管1’之前，預先經過一層活性碳(圖未示)以去除臭味分子。藉由活性碳和紫外光的相互搭配，讓水質更優化。最後，除了紫外線隔離層13’以外，為了加強安全措施，亦可以加裝控制在人為撞擊到或受到外來施力的時候切斷電源的保險設施(圖未示)，加強防止紫外光造成不必要的洩漏損害。
本發明的第三較佳實施例是一種用於住宅中具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統5”。當然，本發明並不限應用於住宅中，應用於車輛或者其他處所均無礙於本發明的實質。其中，與前述實施例相同之處都不再贅述。如圖7所示，本例中具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統5”包含一熱交換裝置33”，在此例釋為一種壓縮機組件；不過，如本技術領域者可以輕易知悉，也可以透過其他如水冷式的冷熱交換組件等，輕易置換作為熱交換裝置亦不偏離本發明之實質。並且以風扇作為流體驅動裝置31”驅動空氣作為本例中的流體9”。
熱交換裝置33”和流體驅動裝置31”共同成為本發明的空氣熱交換單元3”；最後，將滅微生物紫外線管1”導接在空氣熱交換單元3”中。本例中，滅微生物紫外線管1”被組合在空氣通過熱交換裝置33”的位置，使得熱交換以及殺菌兩個過程同時完成。當然，若將滅微生物紫外線管1”設置於預備空氣通過熱交換裝置33”之前或者之後均不影響本發明的實質。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，不能以此限定本發明實施之範圍。故凡是依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
Claims (8)
- 一種滅微生物紫外線管，供導接一流體驅動裝置，接收來自前述流體驅動裝置的一流體，該滅微生物紫外線管包括：一中空管本體，包括一承接上述流體驅動裝置所驅動的前述流體進入的流入埠、一輸送前述流體流出的流出埠、及導接前述流入埠和流出埠的流道部，前述流道部具有一個內側面；一結合設置於上述中空管本體內側面，供上述流體行經，並遮蔽上述流道部內側面的紫外線隔離層；至少一設置於上述中空管本體和/或上述紫外線隔離層的紫外線光源，前述紫外線光源被致能時，所發紫外光的波長是在100奈米至280奈米之間，並且沿前述紫外線隔離層的前述內側面界定出之空間內至少一部分達到光照強度高於40μw．sec/cm2；及至少一生物感測器及至少一處理器，前述生物感測器是供感測來自前述流體中的有機體訊號，並轉換為一回饋訊號輸出至上述處理器，該處理器則依照上述回饋訊號決定前述紫外線光源的發光強度；其中，上述流道部具有一特定長度，使得上述流體受上述流體驅動裝置驅動，行經該流道部時，至少暴露於上述紫外線光源照射範圍達六秒鐘以上，前述紫外線隔離層會吸收和/或反射至少八成來自前述紫外線光源發出的紫外光，藉以降低前述紫外光照射至上述流道部的機率。
- 如申請專利範圍第1項所述的滅微生物紫外線管，其中上述紫外線光源的上述發光強度為一特定發光強度，使得上述流體受上述流體驅動裝置驅動，行經該流道部時，至少累計光照強度達22000μw/cm2。
- 如申請專利範圍第1項所述的滅微生物紫外線管，其中上述紫外線隔離層進一步包含：一形成於前述紫外線隔離層上接近前述流入埠的流入緩衝部，以及一形成於前述紫外線隔離層上接近前述流出埠的流出緩衝部，供限制前述紫外線光源所發出的紫外光照射至上述中空管本體。
- 如申請專利範圍第1項所述的滅微生物紫外線管，其中前述紫外線隔離層是一層延展金屬層。
- 如申請專利範圍第1項所述的滅微生物紫外線管，其中前述紫外線隔離層是一層金屬鍍層。
- 一種具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統，供接收一空氣，前述具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統包括：至少一供前述空氣進行熱交換的空氣熱交換單元，包含：至少一供接收前述空氣的流體驅動裝置，及至少一熱交換裝置，至少一個與前述空氣熱交換單元導接的滅微生物紫外線管，包括：一中空管本體，包括一承接上述流體驅動裝置所驅動的空氣進入的流入埠、一輸送前述空氣流出的流出埠、及導接前述流入埠和流出埠的流道部，前述流道部具有一個內側面；一結合設置於上述中空管本體內側面，供上述空氣行經，並遮蔽上述流道部內側面的紫外線隔離層；至少一設置於上述中空管本體和/或上述紫外線隔離層的紫外線光源，前述紫外線光源被致能時，所發紫外光的波長是在200奈米至280奈米之間，並且沿前述紫外線隔離層的前述內側面界定出之空間內至少一部分達到光照強度高於40μw．sec/cm2；及至少一生物感測器及至少一處理器，前述生物感測器是供感測來自前述流體中的有機體訊號，並轉換為一回饋訊號輸出至上述處理器，該處理器則依照上述回饋訊號決定前述紫外線光源的發光強度；其中，上述流道部具有一特定長度，使得上述流體受上述流體驅動裝置驅動，行經該流道部時，至少暴露於上述紫外線光源照射範圍達六秒鐘以上，前述紫外線隔離層會吸收和/或反射至少八成來自前述紫外線光源發出的紫外光，藉以降低前述紫外光照射至上述流道部的機率。
- 如申請專利範圍第6項所述的具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統，其中上述流道部具有一特定長度，且上述紫外線光源的上述發光強度為一特定發光強度，分別使得上述空氣受上述流體驅動裝置驅動，行經該流道部時，至少暴露於上述紫外線光源照射範圍達六秒鐘以上，並且至少累計光照強度達22000μw/cm2。
- 如申請專利範圍6所述的具有滅微生物紫外線管的空氣調節系統，其中上述紫外線隔離層進一步包含：一形成於前述紫外線隔離層上接近前述流入埠的流入緩衝部，以及一形成於前述紫外線隔離層上接近前述流出埠的流出緩衝部，供限制前述紫外線光源所發出的紫外光照射至上述中空管本體。
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- 2017-12-22 US US15/853,484 patent/US10323851B2/en active Active
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| TW201716336A (zh) * | 2015-09-07 | 2017-05-16 | Nikkiso Co Ltd | 殺菌裝置 |
| TW201718412A (zh) * | 2015-11-04 | 2017-06-01 | Nikkiso Co Ltd | 流體殺菌裝置 |
Non-Patent Citations (2)
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| 人造太陽紫外線-C，2017/05/14，網址：https://web.archive.org/web/20070514140045/http://www.teamye.com.tw/uv-c/uv_c_a.htm * |
| 人造太陽紫外線-C，2017/05/14，網址：https://web.archive.org/web/20070514140045/http://www.teamye.com.tw/uv-c/uv_c_a.htm。 |
Also Published As
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| CN107670086B (zh) | 2020-10-30 |
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