[发明专利]空气供应器具

说明书

发明领域

本发明涉及空气供应系统和该空气供应系统在使用紫外线(UV)辐射 来杀灭诸如病毒、细菌和真菌的空气携带的生物体中的应用，所述生物体 也称为有机物质、病原体或生物污染物。对于本申请来说，术语“杀灭”也 包括任何DNA或RNA毁灭。

发明背景

为了提供基于紫外线消毒的有效的消毒呼吸器，本申请认识到需要考 虑使用者的空气消耗率。因此，本发明考虑到典型个人在特定工作条件以 及在通过所述呼吸器的最大流量的因素下的峰值呼吸。举例来说，本发明 涉及其重点在于为在传染性环境中工作并进行中等运动的个人提供安全 的空气供应的呼吸器的设计。中等运动或轻度运动由国家职业安全与健康 研究所(NIOSH)定义为不超过50瓦的工作量。这一活动水平等同于一 般的成年人以每小时三英里的速度步行。在这些条件下，NIOSH将峰值呼 吸设定为85 SLM，其中以分钟-升为单位的空气消耗是25。

下面所讨论的实施方案针对仅仅进行中等运动的体力劳动者及其家 庭成员，而不是进行150瓦或更高水平的运动的第一出动人员或军队成员。 然而，应该理解，所描述的方法可升级到高端应用或任何其他应用。

针对体力劳动者及其家庭成员的呼吸器器具的规格是：

最大流量—220SLM(通过过滤器到达面罩)

峰值呼吸—90SLM(1.5升每秒){其中S<10E-11}

功率消耗—7瓦

电池充电—8小时(基于失去能量的70瓦小时电池组)

重量—2.5磅(电池和紫外线室的重量是1.5磅)。

对使用UVC光来消除活性空气携带的病原体的建模的最全面的尝试 是由Kowalski等人在期刊Quantitative Microbiology(数量微生物学)2， 249-270，2000中发表的Mathematical Modeling of Ultraviolet Germicidal Irradiation for Air Disinfection(用于空气消毒的紫外线杀菌辐射的数学建 模)。该论文概述了由方程式S＝e(-kIt)定义的关于病原体种群衰减的经典方 法。其中S是照射后存活的病原体种群部分，I是以每平方厘米微瓦为单 位的强度，k是用平方厘米每微焦耳表示的特定病原体的标准速率常数，t 是以秒为单位的照射时间。

如Kowalski等所概述，对包括三种病原体在内的8种已知病原体的研 究已经示出在初次照射后存活的次级种群。通过分配第二速率常数k2并 使用同一方程式S＝e(-k2It)将这个种群的衰亡加入到所述第一种群，使用上 述经典方法处理该种群。关于K2的值的信息是有限的，只可得到用于8 种病原体的值。次级存活种群的原因可以归因于一种或多种可能性，其包 括1)对UVC的较高的抵抗力2)病原体的群集以及3)非最优的室设计， 其中强度(光子通量)很不均匀(在最接近灯的地方强度高，而在其他地方强 度要低得多)。过去，通常通过将UVC光投射到表面上的病原体之上进行 剂量研究。因此，在这些条件下很可能原因1和/或2是造成病原体的次级 存活种群的主要原因。

然而，第三个原因表明在UVC系统内的实际结果迄今为止一直是很 差的，这是由于所有的已知系统都已经利用了其中空气流过圆灯的设计， 而所述园灯的光子通量基于灯的半径和到灯的距离急剧地变化。事实上， 一些文献错误地教授强度随到灯的距离成平方下降，甚至没有考虑灯的半 径{当半径接近于零，X1(在灯旁边的强度)/X2(在离开灯某一距离的强度) 的比值趋于无穷大}。对强度场建模的更复杂的尝试(例如Kowalski等人) 涉及超过15个变量，其中的许多个变量难以测量或预测，并且，即使是 这些模型也显示出当前的室设计的强度的广泛变化。

最重要的是，现有技术系统没有提供对空气消毒系统成效的评价或测 定，并且没有在测量低的病原体浓度方面进行尝试。如在演示中和通过模 型的使用都示出的那样，这些系统具有急剧变化的效果，这一事实意味着 在现有技术系统中还没有解决在平面上测量的例如k2的次级效应。

本发明设法通过利用其中流量是受控的、包括泵、风扇或鼓风机的消 毒室或灭菌室来解决这些问题中的一些。为了解决由不均匀的紫外线强度 引起的病原体的次级存活，本发明进一步提出提供高强度的辐射区。