專利名稱：空氣消毒系統的制作方法
相關的專利申請這份申請是要求2000年6月20日申請的美國專利臨時申請第60/213,358號的權益的于2001年6月18日申請的標題為“Air Sterilizing System(空氣消毒系統)”的美國專利申請(備案編號為2251.2001-001，尚未指定申請號)的部分繼續申請。在此通過引證將上述申請的全部教導并入。
本發明的現有技術人們已經知道空氣循環系統(例如，建筑物和飛機中的空調和暖氣系統)傳播空氣中的病毒和細菌，從而把疾病傳染給居住者或乘客。這正在引起這種系統的制造者和使用者的關心。建筑物中的一些空氣循環系統開始通過把用來給空氣消毒的空氣消毒系統包括在其中解決這個問題。通常，在這樣的系統中，空氣是通過用紫外線照射循環空氣消毒的。這種方法的缺點是消毒過程取決于暴露在紫外線下的時間，所以效力隨著空氣流速的增加而逐漸減少。此之，灰塵對紫外線的收集降低紫外線照射空氣的強度，這進一步減少消毒過程的效力。
在優選實施方案中，引起空氣通過管道流動的空氣循環器可以被包括在內。此外，該系統可以處在空氣循環系統中或形成空氣循環系統。用來把空氣里面的臭氧轉換成氧的轉換器被置于在第一電子束發生器下游的管道里面。在一個實施方案中，反射鏡在管道中與第一電子束發生器相對用來反射第一電子束。在另一個實施方案中，用第二電子束照射通過管道流動的空氣的第二電子束發生器相對于管道與第一電子束發生器相對放置。在又一個實施方案中，管道有兩個在第一電子束發生器的相對的側面上用來提供輻射屏蔽的直角拐角。這條管道可以是經過校準的。
本發明還指向一種空氣消毒方法，該方法包括讓空氣通過管道流動和用來自第一電子束發生器的第一電子束照射通過管道流動的空氣。第一電子束使空氣里面的微生物喪失能力，從而達到給空氣消毒的目的。消毒可以發生在空氣循環系統中。
此外，本發明指向包括讓空氣通過管道流動和用來自第一和第二電子束發生器的相反的第一和第二電子束照射流動空氣使空氣中的微生物喪失能力的空氣消毒的方法。第一和第二電子束發生器相對于管道彼此對置。
本發明進一步指向包括把電子束引入消毒室的空氣消毒方法。空氣通常迎著電子束的方向被引入消毒室，然后被再次引導成通常順著用來照射空氣使空氣中的微生物喪失能力的電子束的方向。
在本發明中使用電子束給空氣消毒提供比諸如用紫外線照射之類的早期方法更有效的流動空氣消毒，因為電子束能更迅速地使微生物喪失能力或殺死它們。此外，電子束受灰塵影響的程度低于紫外線。所以，本發明能夠有效地給以高流速流動的空氣消毒。
圖1是本發明的空氣消毒系統的實施方案的示意透視圖。
圖2是描繪單一電子束被引入空氣時的能量分布的曲線圖。
圖3是描繪兩個相反的電子束被引入空氣時的能量分布和兩個射束的組合能量分布的曲線圖。
圖4是本發明的空氣消毒系統的另一個實施方案的示意透視圖。
圖5是描繪單一電子束被引入空氣時的能量分布、被位于電子束路徑中的反射鏡反射的能量分布以及電子束和反射的能量的組合能量分布的曲線圖。
圖6是本發明的空氣消毒系統的第三實施方案的示意側視圖。
圖7是本發明的空氣消毒系統的第四實施方案的示意側視圖。
圖8是本發明的空氣消毒系統的第五實施方案的示意側視圖。
圖9是本發明的空氣消毒系統的第六實施方案的示意側視圖。
圖10是空氣進入用本發明空氣消毒系統的實施方案消毒的封閉空間的示意畫。
圖11是在以再循環方式用本發明的空氣消毒系統的實施方案消毒的封閉空間內的空氣示意圖。
圖12是本發明的空氣消毒系統的第七實施方案的透視圖。
圖13是本發明的第八實施方案的示意側視圖。
圖14是圖13的底部部分的放大圖。
圖15是圖13的反應室的示意俯視圖。
本發明的詳細描述參照圖1，空氣消毒系統10被用于給可呼吸的空氣消毒并且往往被合并到或包括在諸如空調及暖氣系統之類空氣循環系統中用來殺死在循環空氣里面的微生物，例如病毒、細菌和真菌(包括酵母菌和霉菌)以及花粉等。空氣消毒系統10還可以用來僅僅為了消毒的目的使空氣循環起來。空氣消毒系統10包括使空氣按箭頭方向通過它循環的空氣管道12。兩個電子束發生器14被放置在空氣管道12的相對側面上，用來引導來自相對的電子束13的電子e-進入在電子束發生器14之間的照射區域11中流動的空氣。為了在空氣管道12的橫截面(寬度和高度)上提供完全的電子束覆蓋，電子束發生器是這樣確定尺寸的，以致所有通過空氣管道12流動的空氣實際上全部經過電子束13。電子束13通過破壞脫氧核糖核酸和/或結構物質使在空氣中流動的空中微生物喪失能力或殺死它們，借此給空氣消毒。由于電子e-撞擊空氣管道12的管壁形成的任何X-射線也可能有助于使某些微生物喪失能力。通常，轉換器16與空氣管道12一起位于電子束發生器14的下游，用來把在消毒過程中產生的臭氧(O3)再轉換成氧(O2)。所以，當經過處理的空氣被引入被人們占據的區域的時候，提供的是無微生物的可呼吸的空氣。
下面將更詳細地描述將空氣消毒系統10。電子束13從電子束發生器14穿過位于電子束發生器14遠端的電子束出口窗14a進入空氣管道12。空氣管道12的寬度通常與電子束發生器14的電子束出口窗14a的寬度大體相同。空氣管道12有兩個相對的孔12a，它們配置有適當的尺寸和形狀，以允許電子束13進入空氣管道12。通常，電子束發生器14沿著公共軸線X以防止輻射泄露到空氣管道12外面的密封方式安裝到空氣管道12上。電子束發生器14優選類似于在1999年7月9日申請的標題為“Electron Beam Accelerator(電子束加速器)”的美國專利申請第09/349,592號中揭示的那些，在此通過引證將其內容全部并入。作為替代，其它適當的電子束發生器可能被使用。在某些空氣循環系統中，為了獲得充份的氣流速度，空氣管道12是大約8-12英寸寬乘大約5-6英寸高。在一個實施方案中，空氣管道12是大約10英寸寬乘大約5英寸高，而電子束發生器14有尺寸為大約10英寸乘大約3英寸的電子束出口窗14a。對于這樣的管道電子束發生器14通常是在大約125kV下操作的。在另一個空氣管道12大約2英寸寬的實施方案中，可以使用有一個直徑大約為2英寸的圓形出口窗14a而且在大約80kV到100kV下操作的電子束發生器14。
對于5英寸高的空氣管道12，兩個在大約125kV下操作的電子束發生器14往往被采用，因為如同在圖2中可以看到的那樣，對于在大約125kV下操作的電子束發生器14，單一電子束13的能量分布或劑量隨著電子束13穿越空氣而急遽減少。例如，來自在大約125kV下操作的單一電子束發生器14的電子束13的劑量對于穿越空氣的第一個大約11/2英寸的行程是比較恒定的，但是隨后在超過11/2英寸的距離迅速地下降。因此，在大約125kV下操作的時候，為了對通過大約10英寸乘5英寸的空氣管道12流動的空氣獲得一致的消毒效果，兩個對置的電子束發生器14是符合要求的。圖3展示彼此面對面放置分開大約五英寸的兩個在125kV下操作的電子束發生器14組合起來在空氣管道12的照射區域11里面的空氣中產生比較恒定的能量分布。雖然兩個電子束發生器14被描述成沿著公共軸線X排成一行，但是作為替代，一臺電子束發生器14可以被放置在另一臺的下游或者與另一臺交錯排列。在僅僅需要大約1-2英寸高的空氣管道12的系統中，第二電子束發生器14可以省略。在不需要一致的消毒或總體消毒的情況下，在比較高(例如，5英寸高)的空氣管道12中也可以省略第二電子束發生器14。
如果空氣管道12需要高于5英寸，可以使用功率比前面描述的那些更高的電子束發生器14。此外，功率比較低的電子束發生器可以被用于比較小的空氣管道12。為了適應不同寬度的空氣管道12，電子束發生器14的寬度可以改變。對于尺寸比電子束發生器14寬的空氣管道12，為了照射整個寬度可以把不止一個電子束發生器14并排地安裝。這種并排安裝電子束發生器14的配置可以彼此排列成行或者交錯排列。此外，當空氣正在以極高的速度通過空氣管道12流動的時候，多重連續的電子束發生器14可以按空氣的流動方向安裝在空氣管道12上。因此，通過空氣管道12流動的空氣將受到連續的電子束13的照射，借此延長照射時間以獲得所需要的照射水平。
轉換器16通常是具有用來把通過它流動的臭氧轉換成氧的球團層的活性催化過濾器。為了在室溫下操作，球團層通常包括球形的二氧化錳球團。對于比較高的溫度，球團通常是由鉑制成的。轉換器16往往如圖所示毗臨電子束發生器14放置，但是，作為替代，可以被放置在空氣管道12的出口附近。當轉換器16靠近長空氣管道12的出口時候，在流動空氣里面通過電子e-照射形成的臭氧能在電子束發生器14下游與任何其它的微生物或在空氣管道12的壁面上的污染物反應或者中和它們。在某些情況下，全然省略轉換器16或許是符合要求的。
就空氣消毒系統10而言典型的應用是在飛機和醫院的空氣循環系統中，例如，空氣循環主系統或用于外科手術室或病房的循環系統。其它的應用包括用于旅館、學校，戲院、地下坑道、商場、潛水艇、船舶、機動車輛之類的系統。
參照圖4，空氣消毒系統25是不同于空氣消毒系統10的本發明的另一個實施方案，其中單一的電子束發生器14被用來產生單一的電子束13，而反射鏡15被放置在空氣管道12里面與電子束發生器14相對的壁面上。電子束發生器14和反射鏡15都是沿著軸線X放置的，照射區域11占據其間的空間或區域。來自電子束13的一些電子e-撞擊反射鏡15并且被反射回在照射區域11里面通過空氣管道12流動的空氣。通常，反射鏡15是用諸如鉛或鎢之類具有高原子序數的高密度材料制成的。反射鏡15可以被安裝在空氣管道12內，或者作為替代，空氣管道12本身可以至少在照射區域11周圍的區段是由高密度材料制成的。參照圖5，人們可以看到電子束13和被反射鏡15反射的能量組合在照射區域11里面的空氣中產生比較恒定的能量分布。對于大約125kV的電子束發生器14，圖5的曲線圖描繪就具有大約2.5英寸的深度或高度的空氣管道12而言來自電子束發生器14的比較恒定的能量分布。這個尺寸在使用功率更大的電子束發生器14的時候可以增加。
參照圖6，在本發明的第三實施方案中，空氣消毒系統22類似于空氣消毒系統10，不同之處在于空氣管道12包括兩個從在電子束發生器14兩側的中央管道部分12a延伸出來的支管18和水平支管20以便屏蔽系統所產生的X-射線。支管18和20的之字形路徑配置不為X-射線提供從空氣管道12的入口或出口泄露的筆直的路徑。水平支管20通常平行于中央管道部分12a，而垂直支管18是垂直的。包括支管18/20的空氣管道12可以是用鉛或鋼制成的。
參照圖7，在本發明的第四實施方案中，空氣消毒系統26不同于空氣消毒系統22，其中系統26包括由一系列穿過支管18/20延伸到中央管道部分12中的疊層鉛或鋼的小管道24a按之字形結構組成的準直系統24。這提供比較好的X-射線屏蔽并且允許支管18/20和中央的管道部分12a做得比空氣消毒系統22所需要的小得多。例如，空氣消毒系統26的支管18/20的尺寸可能是比系統22中的那些尺寸的一半還要小。用來把臭氧轉換成氧的轉換器16被展示成在準直管道24a的下游，但是，作為替代，可能在上游。空氣消毒系統22和26兩者(圖6和7)也都可以包括前面討論過的關于空氣消毒系統10和25的任何特征或變化。此外，支管18/20可以以不是直角但仍然呈之字形結構的角度構成。
參照圖8，在本發明的第五實施方案中，空氣消毒系統30包括諸鼓風機或風扇之類用來通過空氣管道12產生經過電子束發生器14的氣流的空氣循環器32。分配接頭28允許將經過消毒的空氣分配到一系列用于分配的比較小的管道28之中。單一的轉換器16被展示成在接頭28的前面把臭氧轉換成氧，但是，作為替代，一系列轉換器16可以放置在每個管道28a之內。
參照圖9，在本發明的第六實施方案中，空氣消毒系統34不同于空氣消毒系統30，其中系統34包括一系列沿著每條個別的管道28a放置的小的電子束發生器14a，而不是在空氣管道12之內使用兩個大的電子束發生器14。每條管道28a都可以用來把空氣提供給個別的使用者或分開的區域。通常，管道28a足夠狹窄，以致對于每條管道28a只需要一個電子束發生器14，但是如果空氣管道28a做得比較大可以使用兩個。此外，反射鏡15可以使用。空氣消毒系統30和34兩者都可以包括前面討論過的關于空氣消毒系統10、22、25和26的任何特征或變化。
參照圖10，在另一個實施方案中，諸如房間、門廳、臥室或建筑物之類封閉空間36具有帶用來把經過消毒的新鮮空氣提供給空間36的空氣消毒進氣口系統38的空氣消毒系統35。進氣口系統38為了簡化被示意地表示成只有一個電子束發生器14，并且類似于空氣消毒系統10(圖1)、25(圖4)、22(圖6)或26(圖7)。空氣循環器32迫使空氣進入空間36。用另一臺空氣循環器32使空氣經過排氣管道42到空間36外面循環。如果被引入空間36的經過消毒的空氣要被引導經過一系列彼此隔開的排氣口，那么進氣口系統38可以類似于空氣消毒系統30(圖8)或空氣消毒系統34(圖9)。此外，如果空間36是氣密性比較好的，空氣循環器32之一可以被省略。雖然進氣口系統38被展示成在空間36的頂端，而排氣管道42在底部，但是兩者的位置和水平為了適應現有的條件都可以變化。
參照圖11，在另一個實施方案中，空氣消毒系統40是在空間36里面使用的，用來使包含在空間36里面的空氣循環起來和進行消毒。空氣消毒系統40可以類似于空氣消毒系統10、25、22或26。此外，在需要多個排氣口的時候，空氣消毒系統40也可以類似于空氣消毒系統30或34。雖然空氣消毒系統40的進氣口和排氣口被展示成彼此靠近，但是作為替代進氣口和排放空氣可以離得比較遠，例如在空間36的相對的側面。此外，雖然在圖11中沒有描繪進入和離開空間36的進氣或排氣管道，但是作為替代主動提供動力的或被動的進氣/排氣管道或口可以被包括在內。
參照圖12，空氣消毒系統45是本發明的第七實施方案，它可以被用來給通過圓形的導管或管道44流動的空氣消毒。系統45包括安裝了對置的電子束發生器14的矩形管道部分48。通常，管道部分48具有比管道44低的高度，但是寬度比較大。這允許電子束發生器14被用來用原來沒有足夠高的功率來足夠深地穿透在管道44中流動的空氣以獲得充份處理的電子束13充份處理通過管道44流動的空氣。過渡部分46在管道48的相對的側面將管道部分48連接到管道44上。過渡部分46有從管道44到管道部分48逐漸減少的高度和從管道44到管道部分48逐漸增加的寬度。通常，過渡部分46具有帶角度的頂部，底部和側壁，但是作為替代，壁面可以是彎曲的。為了在管道48的寬度上提供連續的電子束覆蓋，電子束發生器14是按并排關系鄰接的。一排以上附加的電子束發射器14可以如同所展示的那樣按流動方向放置，以便延長照射時間。如果管道部分48的高度足夠低，可以使用一排非對置的電子束發射器14。雖然在圖12中沒有描繪轉換器16，但是應該理解這樣的特征可以被包括在系統45之中。此外，在使用兩個對置的電子束發生器14或單一的電子束發生器14的時候，帶角度的過渡部分46都可以被使用。
參照圖13-15，空氣消毒系統50是本發明的第八實施方案，它適合于處理比較小的流速。系統50包括安裝在反應或消毒室52上的低功率的小型電子束發生器14。電子束發生器14包括一端有出口窗14a的圓筒形的殼體54。放在殼體里面的電子槍56產生在電子束13中被加速通過出口窗14的電子e-。電子束發生器14的殼體54的遠端以下述方式安裝到反應室52上，即出口窗14a被這樣放置和密封在反應室52的內腔52a上，以致電子槍56所產生的電子e-能夠被加速通過出口窗14a進入腔體52a。反應室52有流動空氣通過它進入的進氣口58。噴嘴62(圖14和15)位于進氣口58的近端或其附近，以便引導空氣朝出口窗14a噴射到腔體52a中，其中噴射的中心軸線實質上垂直于出口窗14a，而且通常與軸線平行即沿著與電子束13相同的方向。噴嘴62中心位于腔體52a的底部對著出口窗14a，以便一律朝出口窗14a引導空氣。進入流動空氣的電子束13的強度從在腔體52a底部接近于零增加到鄰近出口窗14a大約為全部強度。因此，靠近出口窗14a的照射區域11電子e-的強度最高。
空氣是在它朝出口窗14a流動然后離開出口窗14a流入在噴嘴62周圍等間隔安排的一系列出口64之時用電子束13在照射區域11中處理的。這導致物質的蘑菇形流動。空氣是在向前和向后的兩個流動方向上用遞增和遞減的電子束照射強度照射的，組合起來導致比較均勻的照射。因此，腔體52a是作為使空氣流動在其中顛倒方向的反向流動管道起作用的。在一個實施方案中，采用四個出口64。出口64與被接到經過處理的空氣從中流過的反應室52的出口68上的艙室66連通。在這樣的實施方案中，電子束發生器14可以具有直徑為2英寸的出口窗14a和在大約60kV下操作，而反應室52具有大約2英寸直徑乘大約2英寸高度的腔體52a。另外，任何分離或過濾裝置16將位于反應室52的出口68的下游。進氣口58、噴嘴62、腔體52a、排氣口64、艙室66和排氣口68，包括對進氣口58和排氣口68的連接，被認為能形成連續的管道。
盡管這項發明已經參照其優選實施方案被具體地展示和描述了，熟悉這項技術的人應該理解在形式和細節方面各種不同的改變可以在不脫離用權利要求書囊括的本發明的范圍的情況下完成。
例如，為了沿著徑向引導其中的一系列電子束，作為代替一系列小的電子束發生器14可能環繞著圓形或環形的空氣管道12，而不是把兩個大的電子束發生器14放在彼此對置的位置上。在矩形管道配置中，電子束發生器14可能位于四個側面上。應該理解，上述的空氣管道12可以有矩形的、多邊形的、圓形的或弧形的橫截面，而且尺寸或橫截面積可以依據當前的應用變化。另外，電子束發生器14的大小和容量可以為了適應特定的應用而改變。雖然圖2、3和5所示的曲線圖是用于在大約125kV下操作的電子束發生器14的，但是曲線的形狀對于任何工作電壓或功率都是相似的。此外，上述的空氣消毒系統的各種不同的特性可以被組合、取代或省略。在上述的所有的空氣消毒系統中，用來捕獲大粒子和碎片的普通的過濾器可以位于電子束發生器14的上游。空氣循環器32可以位于電子束發生器14的上游或下游或兩者。在某些情況下，如果循環可以通過空氣管道12用其它的方法(例如自然的氣流)提供，一些或所有的空氣循環器32可以被省略。此外，除了使空氣中的微生物喪失能力之外，空氣中的一些污染物(例如化學品、蒸汽或氣體)可以用本發明清除或中和。最后，本發明的空氣消毒系統可以是空氣循環系統的一部分或是在空氣循環系統之內，或者本身是空氣循環系統。
權利要求
1.一種用來消毒空氣的系統，其中包括用來使空氣通過它流動的管道；以及相對于管道放置在適當的位置上用第一電子束照射通過它流動的空氣的第一電子束發生器，所述的第一電子束用來使空氣里面的微生物喪失能力。
2.根據權利要求1的系統，其中所述消毒系統處在空氣循環系統之中。
3.根據權利要求1的系統，進一步包括位于第一電子束發生器下游的管道里面用來把空氣里面的臭氧轉換成氧的轉換器。
4.根據權利要求1的系統，進一步包括在管道中與第一電子束發生器對置用來反射第一電子束的反射鏡。
5.根據權利要求1的系統，進一步包括一種被放置相對于管道與第一電子束發生器相對放置用第二電子束照射通過管道流動的空氣的第二電子束發生器。
6.根據權利要求1的系統，其中管道在第一電子束發生器的相對的側面上有兩個用來提供輻射屏蔽的直角拐角。
7.根據權利要求6的系統，其中管道是經過校準的。
8.根據權利要求1的系統，進一步包括用來使空氣通過管道流動的空氣循環器。
9.一種形成消毒空氣的系統的方法，其中包括提供使空氣通過它流動的管道；以及把用第一電子束照射通過它流動的空氣的第一電子束發生器相對于管道放置在適當的位置，第一電子束用來使空氣里面的微生物喪失能力。
10.根據權利要求9的方法，進一步包括在空氣循環系統中形成所述系統。
11.根據權利要求9的方法，進一步包括將用來把空氣里面的臭氧轉換成氧的轉換器放置在第一電子束發生器下游的管道里面。
12.根據權利要求9的方法，進一步包括把用第二電子束照射通過管道流動的空氣的第二電子束發生器相對于管道放置在第一電子束發生器的對面。
13.根據權利要求9的方法，進一步包括在管道中形成與第一電子束發生器相對用來反射第一電子束的反射鏡。
14.根據權利要求9的方法，進一步包括在管道中在第一電子束發生器的相對的側面上形成用來提供輻射屏蔽的兩個直角拐角。
15.根據權利要求14的方法，進一步包括校準管道。
16.根據權利要求9的方法，進一步包括把用來引起空氣流動的空氣循環器相對于管道放置在適當的位置。
17.一種消毒空氣的方法，其中包括使空氣通過管道流動；以及用來自第一電子束發生器的第一電子束照射通過管道流動的空氣，第一電子束使空氣里面的微生物喪失能力。
18.根據權利要求17的方法，進一步包括給空氣循環系統內的空氣消毒。
19.根據權利要求17的方法，進一步包括在第一電子束發生器下游用放置在管道里面的轉換器將空氣里面的臭氧轉換成氧。
20.根據權利要求17的方法，進一步包括用來自放置在第一電子束發生器對面的第二電子束發生器的第二電子束照射通過管道流動的空氣。
21.根據權利要求17的方法，進一步包括用在管道中與第一電子束發生器相對的反射鏡反射電子束。
22.根據權利要求17的方法，進一步包括通過在管道中在第一電子束發生器的相對的側面上形成兩個直角拐角提供輻射屏蔽。
23.根據權利要求17的方法，進一步包括用空氣循環器引起空氣通過管道流動。
24.根據權利要求17的方法，其中至少有一部分管道消除消毒室，所述方法進一步包括引導空氣迎著電子束的方向進入消毒室，然后使空氣順著電子束的方向流動，以便照射空氣并且使空氣中的微生物喪失能力。
全文摘要
用來消毒空氣的系統，包括用來使空氣通過它流動的空氣管道。第一電子束發生器相對于管道被放置在適當的位置，以便用第一電子束照射通過它流動的空氣。第一電子束用來使空氣里面的微生物喪失能力。
文檔編號B01D53/60GK1447713SQ01814227
公開日2003年10月8日 申請日期2001年6月19日 優先權日2000年6月20日
發明者特茲維·艾文尼瑞 申請人:先進電子束公司