空气净化系统技术方案

本专利设计了一种全新的空气净化系统。该空气净化系统的气流管道采用对于UVC或UVB紫外光有低吸收，高反射率的材料制成，该气流管道同时充当紫外光的光波反射波导，同时该系统在管道内部装有UVC和/或UVB发光二极管LED。该系统设计理念是通过空气管道，紫外光学，紫外发光二极管散热的有机结合，为进入系统的空气中可能携带的生物气溶胶提供了最大化的的紫外线照射剂量，以此来使其失去生物活性达到净化空气的目的。该系统可方便的集成到旅行枕头，后背包，手提包，手提包以及各类公共和私人运输系统的供气系统中，为处于封闭环境中的旅客(如飞机或火车上的乘客)提供纯净的空气来源。该系统可以清除空气中的各种有害病毒(包括COVID

【技术实现步骤摘要】
空气净化系统


[0001]本专利技术涉及空气净化系统。特别是便携式或手持式能够向其使用者提供经过经消毒后的空气流的供气 系统。

技术介绍

[0002]为了维持生命，人们需要通过饮食从食物中获取足够的能量，还需要通过呼吸获取足够的氧气并呼出 二氧化碳。一个人几天不吃东西还可以活着，但是如果没有呼吸活动，人活不过几分钟。就像我们需要吃 健康的食品一样，摄入“健康的”空气对我们的生活质量也极为重要。
[0003]不幸的是，空气中会携带很多污染物，即生物气溶胶，如细菌，霉菌，病毒，内生孢子，甚至是 花粉，会引发各种感染，过敏和哮喘反应。其中一些甚至可能最终导致复杂的短期或长期健康问题。比如 我们都知道对于老年人而言流感是每年的主要的致死原因之一。
[0004]尽管科学家和工程师们已经投入大量的精力，财力来开发先进的药物来治愈受空气污染的人，亦或开 发出针对被污染的空气携带的病毒的疫苗，但专利技术出一种可为人们提供健康的空气的便携式空气净化系统 可能是一种更有效的方法。，众所周知，针对一种流感病毒的疫苗在病毒发生突变后就无效了。
[0005]为了向普通民众提供更健康的空气，对目前已经尝试了好几种低成本的的解决方案可以归类如下：物 理过滤，例如使用各种空气过滤器；通过诸如臭氧或光电化学氧化(PECO)的氧化进行化学清洁；物理 方法，例如高温消毒或紫外线消毒。
[0006]使用具有杀菌功能的UVC(又称UV-C，其波长在100-280nm之间)或UVB(又称UV-B，其波长在 280-315nm之间)可以进行空气净化。UVC和低波长UVB可以破坏病毒中的蛋白质，并阻止其繁殖活性。 UVC和UVB光甚至可以有效地灭活有机生物气溶胶，例如具有多种耐药性的多种病毒株。该应用背后的基 本理论是，UVC和低波长UVB可以通过在脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNDA)中形成胸腺嘧啶二聚体 来灭活病原性细菌，病毒和其他微生物，从而阻止DNA或RNA的进一步复制，基因突变。值得注意的是， DNA或RNA的最大吸收波长约为260nm，因此UVC比UVB效率更高。
[0007]紫外线，特别是UVB，UVA和高波长UVC光，对人体健康是有危害，它们具有致癌性，可以引发白内 障，因此在公共场所广泛使用杀菌紫外线受到了很大的限制。其次，能够用于杀菌、最有效的UVC光源 是低压或中压汞蒸气灯，其工作电压约为1-10kV，并且具有高功率的紫外线辐射(波长为254nm-接 近260nm的10W量级)，不适用于便携式设备，特别是手持设备。使用汞蒸气灯有很多缺点。例如， 灯中的剧毒汞密封在易碎的石英玻璃管中，很容易损坏和污染环境。这些灯的预热时间较长，约为10分 钟。
[0008]UVC发光二极管(DUV-LEDs，UVC LEDs)，是一种基于将载流子注入多量子阱(MQW)半导体层中的固 体光源，具有许多优点，可以解决UV汞灯的上述缺点，用于便携式和手持式空气清洁设备。现有的DUVLED的问题是它的光学量子转化效率确实很低(暂时只有1％到几个％)，这意味着要获得高输出功率， 需要大量的输入功率，而大部分功率都转化为热
量。这就需要找到一种快速散热的解决方案。
[0009]使用UVC LED在手持式空气净化装置上并不容易。一方面，考虑到UVC LED低的紫外光输出效率以 及为保持其使用寿命散热方面的挑战，便携式或手持式系统只能使用输出功率为几mW至数十mW的UVC 或UVB LED。另一方面，为了使空气净化起作用，生物气溶胶需要暴露在足够的UVC或UVB剂量(或面积 密度剂量)或足够的累积光能下，以触发胸腺嘧啶二聚体形成来灭活病原性细菌。这给系统设计师提出 了一个巨大的挑战：如何使用输出功率较低的UVC或UVB LED提供足够的能量，以终止随气流中进入的生 物气溶胶中DNA的复制来达到空气消毒的目的。
[0010]本专利技术为在便携式或手持式空气清洁设备中使用UVC和/或UVB LED这一难题提供了一种解决方案。

技术实现思路

[0011]在本专利技术中，我们提出了一种基于UVC和/或UVB LED的空气净化装置的新颖设计。
[0012]本专利技术的设计理念是通过使用对UVC和/或UVB吸收率低，而反射率高(＞75％)来充当系统气流管 道或者至少在系统气流管道内壁使用该类材料。通过这样做，该系统为所有随空气进入系统的生物气溶 胶提供了足够的UVC和/或UVB曝光能量来杀死其生物活性，以此来向该系统的用户提供清洁过的空气流。
[0013]此设计还通过将LED放置在气流管道内，为UVC或UVB LED散热提供了一种新颖的设计方案，当气流 经过时可以完成对LED的空气冷却。此外，气流与LED之间的热交换也可使气流温度升高到略高于环境 空气的温度。这将让从系统出来的空气流可以对系统使用者周围的环境空气产生一种排斥力，以使得其 使用者仅呼吸到从系统中出来的已经净化过的空气。
[0014]这种设计还使得从进气口到出气口的整个系统气流都可以经受尽可能多的紫外线照射。UVC LED或 UVB LED的即时启动功能，以及较慢的气流速度对应超快的光速，使空气净化过程在系统开机后就立即得 以启动。
[0015]此外，系统启用纳米科技支持的一种部件：使用至少一种由金属氧化物纳米粒子(例如TiO2或ZnO) 涂覆的成分，并选择混合使用彼此之间电隔离的金属纳米粒子(NP)一起添加到涂层中。其相关效应有如 下几点：首先能够进一步增强空气清洁功能，其次通过促进紫外线吸收，来避免紫外光从系统中逸出。入 射的紫外线将在金属(例如Al，Ga，Rh)纳米粒子NP表面引起等离子体共振，从而在NP与空气之间的界 面处产生等离子体激发的加热、在NP周围产生局部增强的紫外光。
[0016]考虑到紫外线与空气中的氧气分子相互作用可能会产生少量的臭氧，该系统还在气流管道内部的空气 出口附近加装了活性炭过滤器，其目的纯粹是为了去除少量的臭氧。
[0017]为了向UVC和/或UVB LED提供更好的冷却，我们还采用了可选配置的热电冷却器(TEC)，以加快LED 的冷却速度，并也能提升系统出来的净化过的气流温度，使其高于于外部环境空气温度，从而排开周围环 境空气，为系统使用者提供出自系统净化后的空气。
[0018]此空气净化系统为在气流，紫外线传播，散热和功耗之间取得良好的平衡提供了一种优化后的系统解 决方案。对于在封闭环境中(例如飞机或火车上)的旅行者非常适用。它也可以在流感季节，特别是让 老年人使用，同时它还能预防花粉症，为其使用者提供清
洁后的空气。它也是一种针对冠状病毒(例如 CONVID-19或SARS)的廉价方法和装置。
附图说明
[0019]图1是此专利技术提出的系统的实施例的示意图，该系统使用对紫外线具有低吸收，高反射的材料作为气 流管道，该气流管道也同时为设计在气流管道内部的UVC LED或UVB LED发出的紫外光的提供了波导管的 作用。把UVC LED或UVB LED设计到气流管道内部能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
本专利所提出权利要求如下：1.一个空气净化系统，其特征在于涵括至少包括：
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至少一个用于承载从环境空气中获取的气流的，并带有至少一个进气口和至少一个出气口的气流管道，该气流管道的腔体或者其腔体内表面由对c型紫外线(UVC)和(或)B型紫外线(UVB)反射率高，吸收率低的材料制成；
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至少一个位出上述气流管道内的c型紫外线发光二极管(UVC LED和(或)B型紫外线发光二极管(UVB LED)作为紫外线光源，向该气流管道内发射紫外线光光束，通过紫外线照射来清洁上述气流管道内的空气流。2.权利要求1所述的空气净化系统系统，其特征在于所述c型紫外线发光二极管(UVC LED和(或)B型紫外线发光二极管(UVB LED)通过与途经气流之间的热交换过程来实现对所述c型紫外线发光二极管(UVC LED和(或)B型紫外线发光二极管(UVB LED)的冷却效应。3.权利要求2所述的系统，其特征在于所述热交换过程把所述途经气流加热到一个高于环境空气温度的预设值。4.权利要求1所述的系统，其特征在于所述UVC LED或所述UVB LED具有高于预定值的功率密度，以确保所述紫外线照射杀死气流中带有的相关的通过空气传播的微生物和/或相关的生物气溶胶。5.权利要求4所述的系统，其特征在于所述相关的空气传播的微生物和/或所述生物气溶胶包括细菌，霉菌，病毒，内生孢子和花粉。6.权利要求5所述的系统，其特征在于所述病毒包括COVID-19病毒，SARS病毒及其变体。7.权利要求1所述的系统，其特征在于所述空气净化系统还涵括用于监视测所述UVC LED或所述UVB LED健康状态并及时报告所述UVC LED或所述UVB LED的故障以便系统及时得到维护。8.权利要求1所述的系统，其特征在于所述空气净化系统还包括电力子系统，其通过外部电源或至少一个内部可再充电电池，或两者同时向所述系统提供电力。9.权利要求1所述的系统，其特征在于所述UVC LED或所述UVB LED安装在一个金属基板上，该金属基板等同于为所述UVC LED或UVB LED提供冷却的散热器。10.权利要求3所述的系统，其特征在于从所述系统出来的，其温度比环境空气温度高出一个预定温度的空气流具有对周围环境空气的排斥力，保证了所述系统的使用者只呼吸到通过该系统净化...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖军，易舸，李东，
申请(专利权)人：肖军，
类型：发明
国别省市：