空气消毒系统及空气净化方法与流程

1.本公开涉及通过使用空气的电离对悬浮颗粒和/或气溶胶进行消毒、去除或上述二者来进行空气净化。一个特殊的应用是对空气中的病原体、含有病原体的气溶胶或上述二者进行消毒和/或去除。


背景技术：

2.当前，存在利用负离子来进行空气净化的系统。一些这样的系统主要用于增加空气中负离子的浓度。然而，仅仅增加负离子的浓度无法改善空气中杂质或其他颗粒(例如气溶胶、包含传染源的气溶胶、颗粒物、病毒、细菌等)的吸附或去除。
3.应该理解的是，如果在此引用任何现有技术，这种引用并不构成承认该现有技术在澳大利亚或任何其他国家形成本领域公知常识的一部分。


技术实现要素：

4.一方面，本文公开了一种空气消毒系统，其包括：空气入口和空气出口，所述空气入口用于接收气流进入所述空气消毒系统；所述空气出口用于利用所述空气入口和所述空气出口之间的管道使所述气流从系统排出。所述空气消毒系统包括：沿气流方向设置在所述管道内的电离器和电荷减少阶段(stage)，在使用时，所述电离器在所述管道内产生第一空气电离区，进入的空气中的气溶胶和/或悬浮颗粒被带电；以及电荷减少阶段用于产生第一电荷减少区。当带电气溶胶和/或颗粒通过其中时，所述带电气溶胶和/或所述颗粒被吸引到所述电荷减少阶段，并且在与所述电荷减少阶段接触时至少部分地放电，带电和随后的放电将至少一些气溶胶和/或悬浮颗粒去除、灭活或消除。
5.在一些形式中，所述电离器包括多个电极，所述多个电极分布在所述第一电离区内，并且在使用中被充电以产生负离子，以使通过所述第一空气电离区的进入的空气中的气溶胶和/或悬浮颗粒带电。
6.在一些形式中，所述电极被充电以提供电晕放电。
7.在一些形式中，所述电极镀有银、金、铜或铂。
8.在一些形式中，相邻的电极相隔至少0.5cm的距离。
9.所述空气消毒系统可能包括一个或多个其他电离区。
10.在一些形式中，所述两个或更多个电离区中的至少两个被配置成使得进入的空气中的所述气溶胶和/或悬浮颗粒带电至不同的电势。
11.在一些形式中，最靠近所述入口的所述电离区被配置成，使得所述进入的空气中的所述气溶胶和/或悬浮颗粒带电，以提供与其他一个或多个电离区相比的最低电离水平。
12.所述空气消毒系统可能包括一个或多个其他电荷减少阶段。
13.在一些形式中，所述管道内的所述电荷减少阶段中的至少两个电荷减少阶段和所述电离区中的两个电离区以交替方式设置。
14.在所述第一电荷减少阶段中可能提供电荷减少装置，所述电荷减少装置接地或连
接至电源。
15.在一些形式中，所述电荷减少装置包括具有纹理化表面的结构。
16.在一些形式中，所述电荷减少装置的材料包括抗菌或灭菌添加剂。
17.所述空气消毒系统可能包括串联布置在所述管道中的至少两个电荷减少装置，所述两个电荷减少装置具有不同的电势。
18.所述空气消毒系统可能包括至少一个出口电离区，所述出口电离区设置在所述出口附近。
19.所述空气消毒系统中可能安装有一个或多个光源。
20.所述空气消毒系统可能包括气压产生装置，用于驱动所述气流。
21.所述空气消毒系统可能被改装在现有的建筑、运输或运载工具空气循环系统中。
22.第二方面，本文公开了一种空气净化的方法，包括：产生空气压力，以抽吸气流通过流动路径；在所述流动路径中提供正离子或负离子，以使所述流动路径中的气溶胶和/或悬浮颗粒带电；以及改变至少一些被带电的气溶胶和/或悬浮颗粒的电势。
23.所述方法可能包括在所述流动路径中放置一装置，所述装置具有一表面，所述表面连接至电接地，或者所述表面被施加一电势，所述电势被设定在一水平上，以致使所述至少一些被带电的气溶胶和/或悬浮颗粒的电势的所述改变，所述装置被适配成使得所述气流穿过其中。
24.所述方法可能包括在至少一些被带电的气溶胶和/或悬浮颗粒的电势的所述改变之后，进一步使所述颗粒带电。
附图说明
25.现在将参考附图仅以示例的方式描述实施例，在附图中：
26.图1是示出了根据本发明一实施例的空气净化装置的示意图；
27.图2是示出了本发明的另一实施例的空气净化装置的示意图；
28.图3是示出了本发明的又一实施例的空气净化装置的示意图；
29.图4至图9描绘了电离区和电荷中和区的不同设置的示例；
30.图10是图2所示的实施例以及控制和电源装置的示意图；
31.图11(a)是用于测试空气净化装置的有效性的实验设置图；
32.图11(b)是图11(a)中使用的雾化器的图；
33.图12(a)是示出了使用sars
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2气溶胶的原型实验中的部件切换顺序的表格；
34.图12(b)是在关闭负电极的情况下进行测试后96孔板的照片，其中96个孔中有85个孔捕获了传染性气溶胶，如通过减少结晶紫染色显示的病毒细胞病变效应(cpe)所示；
35.图12(c)是在打开负电极的情况下进行测试后96孔板的照片，其中96个孔中有0个孔捕获了传染性气溶胶，如减少结晶紫染色显示的病毒细胞病变效应(cpe)所示，这表明与图12(b)相比，传染性气溶胶的去除率为100％；
36.图13是示出了使用getah病毒气溶胶的原型实验中的部件切换顺序的表格；
37.图14(a)是在关闭负电极的情况下进行测试后96孔板的照片，其中96个孔中的90个孔捕获了传染性气溶胶，如通过减少结晶紫染色显示的病毒细胞病变效应(cpe)所示；
38.图14(b)是在关闭负电极的情况下进行测试后的96孔板的照片，其中96孔中的0孔
捕获了传染性气溶胶，如通过病毒细胞病变效应(cpe)所显示的结晶紫染色减少所示；以及
39.图15是描述了安装在其中存在气流的现有系统中的空气消毒系统的示意图。
具体实施方式
40.在下面的具体实施方式中，参考了形成具体实施方式的一部分的附图。在附图中描绘的具体实施方式中描述的说明性实施例不旨在限制性。在不偏离所呈现的主题的主旨或范围的情况下，可能采用其他实施例，并且可能进行其他变型。容易理解的是，本公开的如这里大体上描述和附图中示出的多个方面可以以多种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在本公开中被预期。
41.目前有越来越多的证据表明，气溶胶确实存在传染风险，特别是在高气溶胶产生过程(例如，一些耳、鼻和喉过程)的环境中或在高气溶胶产生活动(例如，咳嗽、打喷嚏、剧烈运动、喊叫、唱歌)期间，即使佩戴n95口罩也不能完全阻断模拟传播。在特定环境下，气溶胶传播可能被视为可能性更高，特别是通风不良的封闭空间，例如某些医院环境、飞机等。可以去除传染性气溶胶的空气消毒系统有可能在某些情况下对降低sars
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2传播风险做出重大贡献。
42.本文描述了一种用于空气净化的系统及方法，其利用空气的电离作用来去除、消除或灭活传染性气溶胶或悬浮颗粒或污染物，特别是空气传播的有机污染物，如空气传播的病原体，或其组合。系统将吸入环境空气，以进行净化，然后吹出处理后空气。该系统可以是一个独立的单元。然而，相同的概念也可能被结合到存在气流或预计会产生气流的其他系统中，例如空调系统或空气过滤或循环系统。这些其他系统本身可以是独立的单元，也可能集成在较大的结构(例如建筑物、飞机等)内。这些其他系统也可能是可穿戴装置(例如个人防护设备)的一部分。潜在的应用可以在例如家庭、商业或临床环境中找到。在运输系统中，特别是在旅行期间将乘客限制在封闭空间中的那些运输系统中，也可能存在特殊的应用。
43.在其他实施例中，该概念可能被结合到诸如个人防护设备(ppe)之类的可穿戴设备中，用于产生“干净”气流
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即，从其中至少部分去除、消除或灭活传染性气溶胶或其他污染物或上述二者的气流
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以供应给ppe穿戴者。
44.在下文中，在使用时，“颗粒”一词通常被认为包括气流中悬浮的各种物质，例如病毒或细菌的颗粒，以及其他有机或无机污染物。
45.图1描绘了根据一个实施例的空气消毒系统100。系统100包括壳体101，壳体101提供其中安装有多个部件的结构。壳体101被配置成提供一个或多个空气入口102和一个或多个空气出口103，空气通过一个或多个空气入口102被吸入壳体101，并且空气通过一个或多个空气出口103从壳体101排出。气流路径由此被限定在壳体内，以将气流从一个或多个入口102引导至一个或多个出口103。在图1中，设有风扇106以提供用于吸入空气的负压。在此，风扇106被示为包括安装在壳体101中的轴流式叶轮。这种布置可有助于减小壳体所需的尺寸。
46.应当理解的是，在包括风扇的其他实施例中，这些风扇不必如图1所示的那样位于出口附近，只要它们提供产生或促进气流所需的压力即可。另外，一个或多个入口102不需要如图1所示的那样设置在壳体101的侧壁上，侧壁邻近气流路径。一个或多个入口102可能
替代地设置在沿着气流路径的端壁(例如，参见图4至图8)上。类似地，一个或多个出口103可能设置在壳体的侧壁上，而不是如图1所示那样设置在端壁上。
47.邻近入口102设置有多个电极104，在使用中，这些电极将通过电连接到负电压模块(未示出)而带负电，该负电压模块被配置成向电极104提供负电荷。用于使电极104通电的电源模块(未示出)可以位于壳体101外部。该电源模块可以被控制以调节电压电平。
48.电极104被配置成产生电晕放电，以产生负离子。随着气流进入壳体101的进入的气溶胶和/或颗粒，最初是电中性的，将被负离子吸引并且一旦接触负离子，就会带电，从而通过负离子带电。壳体101内产生负离子以使气溶胶和/或颗粒带电的空间因此还可以被称为电离室或电离区105。电离室105中设置成使气溶胶和/或颗粒带电的电极104还可以被称为电离电极104。
49.电离电极104可能在电离室105内围绕壳体壁均匀地定位，但这并非是严格要求的。也不严格要求电离电极如图1所示的那样成对对齐设置。优选地，相邻的电极对彼此具有足够的间隔，以便最小化臭氧的产生。
50.应该这样选择电源的电压，以使得该电压足够高以在电离室105内产生足够浓度的负离子，从而使大部分进入的气溶胶和/或颗粒带电，但是该电压仍然需要处于使得臭氧产生最小化的水平。
51.电荷减少阶段107定位于多个电极104和一个或多个出口103之间，并且因此定位于电离室105和一个或多个出口103之间。因此，电离室105也可以被认为终止于电荷减少阶段107所位于的电荷减少区108。应当理解的是，取决于由电荷减少阶段107实现的电荷减少量，可以中和被带电的气溶胶和/或颗粒的电荷。因此，在一些情况下，电荷减少阶段107也可以提供电荷中和。
52.电荷减少或中和级107将包括由导电材料形成的器件，因此它是导电器件。电荷减少或中和装置107的目的是减少或中和那些被带电的气溶胶和/或颗粒中的电荷，这些被带电的气溶胶和/或颗粒例如但不一定是病原体，当这些被带电的气溶胶和/或颗粒随着气流移动时与电荷减少或中和级107接触。在这样做时，电荷减少或中和级107导致至少一些被带电的气溶胶和/或颗粒的电势发生变化，该至少一些被带电的气溶胶和/或颗粒将被电力吸引到电荷减少阶段107，从而从气流中移除。根据这种变化，电势的变化可以导致电子暂时流向或流出气溶胶和/或颗粒，以降低或中和气溶胶和/或颗粒的电势。
53.被带电的气溶胶和/或颗粒(已经与电荷减少阶段107接触)的电势水平可能发生瞬时、突然或快速的变化，因此气溶胶和/或颗粒发生瞬时、突然或快速的临时电子放电，或者瞬时、突然或快速的临时电子流入气溶胶和/或颗粒中。这种放电或流入期望持续，直到气溶胶和/或颗粒被中和为止，或者直到气溶胶和/或颗粒从电荷减少阶段107物理地分离出为止。
54.在大多数实施例中，电荷减少或中和级107将提供接地装置。然而，电荷减少或中和级107可能提供被充电至非零电势的装置。
55.更一般地，电荷减少或中和装置107将处于一电压(零、正或负)，这将导致被带电的气溶胶和/或颗粒中的带电水平降低。例如，当气溶胶和/或颗粒被带负电时，与被带电的气溶胶和/或颗粒相比，电荷减少或中和级107的电势不那么负(即，更加为正)，以刺激快速、接近瞬时的放电，这具有灭活或消除或去除传染性气溶胶或病原体的效果。类似地，在
气溶胶和/或颗粒通过正电荷带电的情况下，电荷减少或中和装置107可以被设置为一电势，该电势将减少正电荷并且还刺激前述的放电或流入以灭活、消除或去除病原体。
56.电荷减少或中和级107被配置成提供穿过其中的孔或通道，以允许空气通过。被带电的气溶胶和/或颗粒(如病原体、灰尘等物质)与电荷减少装置107的表面之间的电荷差，导致(通过被电离的离子)带电的气溶胶和/或颗粒被吸引到装置表面并放电。电荷减少，可能是中和，还有减少离子从装置中释放的好处。
57.以下示例使用负离子、带负电荷的进入的气溶胶或悬浮颗粒。为了方便起见，将电荷减少或中和级107称为电荷减少阶段107。电荷减少阶段107的表面在气流路径中可能受到被带电的气溶胶和/或颗粒轰击。这些表面通过其相对为正的电荷吸引更多带负电的气溶胶和/或颗粒。因此，电荷减少阶段107将被配置成呈现足够大的表面积，以便使得尽可能多的带电气溶胶或悬浮颗粒“中和”(或带更少电荷)，优选地不阻碍空气流动或不对气流造成实质性的阻力。
58.为了增加可用于接触的表面积，优选地，由电荷减少阶段107呈现的表面可能被纹理化，例如是粗糙的而不是光滑的表面。该表面可能设有凸起部、脊、凹槽等。应当理解的是，只要满足上述一般要求，电荷中和装置的确切几何形状或构造并不重要。电荷减少阶段107可能包括一个或多个大体上平面的装置，例如在穿过流动路径横截面的平面中延伸的网状物。电荷减少阶段107可能替代地包括一个或多个非平面装置，每个非平面装置在流动路径的方向上具有不可忽略的或更厚的厚度。电荷减少阶段107可能具有规则或不规则的形状。例如，可能使用纤维或网状结构，例如钢丝绒或海绵状装置。进一步的示例包括其他三维结构，例如笼或三维矩阵。可能使用前述配置的组合。
59.可能使用任何导电材料，例如导电金属、导电聚合物等。还可能选择具有额外抗菌、抗微生物或抗病毒性能的材料，例如银或铜或其合金，或者可能用具有消毒性能的材料进行涂覆、电镀或掺杂的材料。
60.当气溶胶和/或悬浮颗粒被吸入壳体101时，气溶胶和/或悬浮颗粒在电离区105中被带电。可以使用任何已知的电离技术来提供电离。例如，目前市售的离子发生器利用电极的电晕放电来使得空气中的分子电离。已知各种电极配置能够提供电晕放电，并且在本发明的实施例中，电压被控制以在产生最少或没有臭氧的情况下引起电离。
61.现在被带电的气溶胶和/或颗粒将继续被空气压力吸向一个或多个出口103，从而进入电荷减少区108，在电荷减少区108处被带电的气溶胶和/或颗粒可以与电荷减少阶段107的表面接触。在这种接触时，由于带电气溶胶和/或颗粒与电荷减少阶段107的表面之间的电差，电子放电可能从带电气溶胶和/或颗粒(如果通过负离子带电)流向电荷减少阶段107的表面。由此产生的临时电流改变了带电气溶胶和/或颗粒的电势，并且还起到灭活或消除气溶胶和/或颗粒(如空气传播的病原体)的作用。带电气溶胶和/或颗粒对电荷减少阶段107的电吸引还可能从气流中去除至少一些带电物质，例如气溶胶或颗粒。
62.设备原型已经在用于sars
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2的一个独立的pc3实验室和用于getah病毒的pc2实验室对来自不同属的两种不同病毒进行了测试。在完成的原型测试中，一项实验表明传染性冠状病毒(sars
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2)气溶胶减少了100％，另一项实验表明getah病毒传染性气溶胶减少了100％。实验和结果将在本文后面更详细地公开。
63.然而，可以预期的是，所公开的实施例对于至少一些其他类型的病原体也是有效
的。在带电和降低步骤中，病原体颗粒或病毒气溶胶均可以被灭活或消除，并可被去除。因此，由于具有这些步骤，与单独使用电离的系统相比，消毒更有效。如实验室测试中所示，在不使用uv光的情况下，带电和电势降低步骤或级的使用可以导致传染物质的显著地或完全去除、灭活或消除。
64.经处理的气流将通过气压从电荷减少区108中抽出，在电荷减少区108处继续向一个或多个出口103移动。可能在壳体101内电荷中和区108和出口103之间选择性地设置另外的带负电的电极109，以在空气排出之前再次电离空气。另外的电极109通常被充电到比(用于最初带电气溶胶和/或颗粒的)电离电极产生的电压更低的电压。优选地，另外的电极109将被充电到使静电发生最小化的电平。诸如臭氧传感器110或离子传感器111之类的传感器可能可选地设置在一个或多个出口103处或附近，以检测排出的空气中的臭氧或负离子水平。
65.如图2所示，系统100可能可选地包括一个或多个装置以在系统100中提供内部消毒。这些装置通过破坏传染物无论是在传染性气溶胶的传染物还是其他致病颗粒而起作用。这些装置可能用于破坏气溶胶或传染性颗粒中的传染物，这些传染物已经通过对电荷减少阶段107的电吸引而从气流中去除。
66.一种这样的装置可能设置一个或多个紫外线(例如，uv
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c)灯112。如果包括这些灯，为了安全起见，还将提供一个或多个盖113，以阻挡uv光逃逸并避免潜在地产生安全危险。在该描绘的实施例中，盖113被布置成还限定空气流动的路径，如虚线箭头所示。这些装置不需要用于去除、灭活或消除气流中的传染物。可能包括的另一装置是加热模块(未示出)，用于加热系统或其至少一部分，以使其达到足够高的温度，并持续足够长的时间来破坏传染物。例如，可能提供一个或多个加热元件，以暂时地将系统内部加热到90℃或更高，但是低于可能干扰系统其余部分的结构或功能的温度。
67.可能提供的另一种装置是化学消毒装置，用于将化学物质施加至电荷减少阶段，以通过化学方式破坏传染物。
68.如果包括上述装置，则上述装置可能在带电和电荷减少过程的操作过程中保持开启，以便实时破坏传染物。可替代地或附加地，上述装置可以在带电和电荷减少过程已经关闭的时候打开。
69.上述选项也可能在本说明书中公开的其他实施例中提供。
70.在本文公开的实施例中，系统100可能可选地包括过滤装置114，以捕获气流中的较大颗粒，例如灰尘。过滤装置114可能另外捕获更小或更细的颗粒。过滤功能的选择可以由技术人员选择。图2示出了一个示例，其中系统100包括位于空气入口102附近的过滤装置114。在其他实施例中，可能包括两个或更多个过滤装置114。多个过滤装置可能被定位于壳体101内的不同部分处。这些过滤装置可能被配置成提供不同的过滤功能，例如捕获大颗粒、小颗粒、或细颗粒、或气溶胶、或上述项中的两种或多种的组合。在图2中，过滤装置114定位于一个或多个空气入口102附近。然而，附加地或可替代地，过滤装置还可能设置在其他地方。例如，可能在电荷减少区108内设置一个或多个过滤装置。例如，电荷减少阶段107本身可能提供空气过滤装置来执行空气过滤和电荷减少的双重功能。电荷减少阶段107还可能由本身注入抗病毒剂或抗菌剂的材料(例如银)制成。
71.在图1和图2中，电荷减少区108由电荷减少阶段107占据的物理空间来限定。系统
100中可能有电荷减少阶段107的两个或更多个单元，以提供不同的电荷中和区。穿过电荷减少阶段107而不接触其中一个电荷减少阶段107的表面的(通过被电离的离子)带电的气溶胶或颗粒可能与下一个电荷减少阶段107接触。
72.此外，电荷减少阶段107的多个单元可能具有不同的电势。例如，与先前的电荷减少阶段107相比，设置在流动路径中更后(即，更靠近出口103)的电荷减少或中和装置107可能被配置成提供相对于被带电的气溶胶和/或悬浮颗粒更大的电势差。因此，在接触带电的气溶胶或颗粒时，可以预期更强的放电电流。因此，被其中一个电荷减少阶段107遗漏的或者没有通过与电荷减少阶段107接触而灭活的气溶胶或空气传播的颗粒，可以被随后的可能“更强的”电荷减少阶段107去除、消除或灭活。
73.图1至图3所示的实施例包括电离区105，随后是电荷减少区108，然后是出口103附近的可选的其他电离区。在另外的实施例中，可能包括多个电离区105，或多个电荷减少区108，或者上述二者。多个电离区中的两个或多个可能具有不同的“强度”，即其中的电离电极被充电到不同的电压。对于从入口到出口的不同电压应该增加还是减少没有要求。例如，当电离电极是针状电极时，在从入口到出口的四个电离区中，电极尖端的电压可能是
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5kv(千伏)、
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6.5kv、
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7kv、
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5kv，或者这些电压可能是
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5kv、
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5.5kv、
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6kv、
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6.5kv，或者这些电压可能是
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7kv、
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10kv、
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5kv、
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5kv，或者这些电压可能是
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10kv、
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7kv、
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6kv、
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5kv。可能提供具有彼此恒定或变化关系的其他电压电平的电离区。
74.两个或多个电荷中和区也可能具有不同的“强度”，即具有不同的电势。电离区105和电荷减少区108可能交替设置。在流动路径中，一个电离区105之后可能有两个或更多个电荷中和区108。可能在一个或多个电荷减少或中和区108之前提供一系列的两个或多个电离区105。通过将两个相继的电荷中和装置108彼此隔开放置，在连续的电荷减少或中和区108之间可能存在间隙(例如，参见图9)。两个连续的电离区域之间可能存在间隙(参见图8)。
75.图4至9示意性地描绘了电荷减少区108和一个或多个电离区105的不同布置，不一定按比例绘制。这些仅作为示例提供，并且并未穷举布置的所有可能性。为简单起见，在这些图中，仅对不同区域进行了标记，而未示出系统中的其他组件，例如电极、可选的传感器或灯、风扇等。
76.因此，所描述的系统100利用不同的离子吸附过程来产生被带电的气溶胶和/或颗粒，随后通过电荷减少来实现被带电的气溶胶和/或颗粒中的电势变化，或者使气溶胶和/或颗粒中和，并且在这样做的过程中导致暂时的电流流动来去除、灭活或消除传染物。所描述的系统100潜在地进一步包括其他过滤(例如，通过化学轰击或浸渍)功能或消毒功能。
77.举例来说，在所描述的系统的实现中可能使用以下参数。应当理解的是，在不脱离本发明的主旨的情况下，可能改变确切的参数。这种改变可能取决于多种因素，例如使用该系统的环境(例如，临床、家庭、实验室、商业)、在其中净化空气的房间或室的大小、所需的过滤速率等。
78.在一个实验室实验中，在每小时50立方米的空气流速下，向变压器提供18伏的输入，以在电离电极处产生
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6.5kv(千伏)的电压。
79.优选地，电离电极将被充电，以产生浓度至少为每立方厘米1000个离子的负离子。在测试过程中，已经测量出每立方厘米1900万负离子的浓度。可以预期，例如每立方厘米1
百万到1亿，或者优选1百万至3000万个离子的浓度作为工作离子浓度范围是可行的。然而，所公开的方法并不依赖于离子的特定浓度，只要存在足够的浓度来使足够量的气溶胶和/或空气传播的颗粒带电，用于气流净化的目的即可。
80.在原型测试期间使用的电荷减少阶段107的示例是由不锈钢制成的金属丝网，金属丝网具有每平方厘米50个孔的网格设计。然而，如上所述，其他类型的装置可能用于电荷减少阶段107。
81.图10示意性地描绘了系统100以及为系统100供电所需的控制和电源装置。所描绘的系统100是图2所示的系统，但是应当理解的是，可能替代地包括系统100的不同实施例。控制和电源装置可能位于控制器或单独的装置中，确切的配置可能由空间或设计要求决定。在此，各种模块在框120中示出，框120概念性地表示控制和电源装置。用虚线绘制表示其中包含的各种模块不需要在同一物理装置中提供。
82.控制和电源装置120包括控制模块121，控制模块121可能以包括处理器或微处理器，以控制系统100的操作。可能提供用户输入/输出(i/o)设备126，用户输入/输出(i/o)设备126与控制模块121并置或使用有线或无线连接与用户输入/输出(i/o)设备126连接，以允许用户监控或控制系统100的操作。i/o设备可能是一个单元，也可能是独立的输入单元和输出单元。控制和电源装置120还可能包括一个或多个通信模块127，以实现短程(例如)、近程或远程(例如3g、4g、5g、wifi等)通信。如果包括通信模块127，则通信模块127使控制和电源装置120能够向移动单元128发送数据传输并从移动单元128接收数据传输。移动单元128可能是被配置成使用兼容的通信能力与控制和电源装置120进行通信的遥控器或诸如智能设备之类的移动设备。这将允许用户控制操作，例如打开或关闭单元或单元内的特定组件(例如，特定电离或中和区内的装饰灯、电极或降低级、气流)、检查被监测的任何度量、调整操作设置(例如电压水平、包括的任何灯的颜色、气流速度等)。
83.为了向系统单元及其中的各个组件的操作、以及控制单元120的操作提供电源，控制和电源装置120将进一步包括电源装置。电源装置可能包括市电电源模块122，以接收市电电源，然后市电电源被转换为直流(dc)电源。交流(ac)市电电源可以通过usb(通用串行总线)连接器提供，然后转换为dc。可能存在dc电能模块123以接收诸如来自电池的dc电能。直接dc电源或转换后dc电源将用于向电离电极104、109提供电压。框124表示负电压模块，负电压模块将提供所需的一个或多个电压，以便提供给电极104、109。负模块124可能将输入电源转换成适于提供给电离电极104、109的不同电压，并且如果电荷减少阶段107的器件要被充电到负电位，则可能提供给电荷减少阶段107。负模块124还可能包括所需的电路，例如将输入的ac电源转换为所需极性的dc电源的逆变器。取决于实施例，可能替代地或附加地具有正电压模块125，正电压模块125被配置成向电离电极供应正电势(如果使用正离子来使气溶胶和/或颗粒带电)，并且向一个或多个电荷减少阶段107供应正电势(如果有的话)。可能均提供正电压模块124和负电压模块125，以获得更大的操作或控制灵活性。
84.在上述实施例中，这些电离电极将被配置成提供足够的放电来对待消毒的气流执行所描述的功能。例如，为了平稳地产生负离子，在一些实施例中，电离电极104(以及可选的另外的电极109)可能在负电极上具有多个尖端，这些尖端被配置成提供电荷密度和电场强度集中在其中的一个点或两个或更多个点。通常，较大的尖端曲率将导致较高程度的集中。即，需要具有更尖锐的尖锐部位(典型地，大的尖端曲率、较高程度的电荷密度、高电场
强度)。例如，第一负电极105和第二负电极106可能是针状的，并且尖端对应于针状。该设计当然还可能受壳体101或安装位置所施加的物理限制的约束。然而，电极的具体设计不需要受到限制。例如，出于美学原因，电极可能被构造成形成特定的设计，例如星形或其他形状。
85.如下文更详细描述的那样，分别使用sars
‑
cov
‑
2气溶胶和getah病毒气溶胶在单独的实验中进行了原型测试。这些实验被设计成，在测试系统关闭时检测培养基中是否存在传染性病毒，并将该结果与测试系统打开时的结果进行比较。
86.使用sars
‑
cov
‑
2气溶胶进行系统测试的实验设置、方法和结果
87.图11(a)是为在实验室进行测试而建立的系统的图片，以确定所描述的装置对含有空气传播的sars
‑
cov
‑
2病毒气溶胶的气流进行消毒的有效性。实验装置200包括密封的有机玻璃箱202，有机玻璃箱202位于生物安全柜(bsc)204内。测试单元201放置在密封箱202内。在密封箱202内，放置有用于产生传染性气溶胶的雾化器206以及用于引入和取出含有培养基和vero e6细胞的96孔板208的槽。箱的外部的电子控制装置允许打开和关闭测试系统中的雾化器、风扇和负电极。图11(b)示出了雾化器的更详细的图片，其中可以看到病毒溶液容器210和用于进入空气的通气孔212。
88.如以下更详细描述的那样，进行测试以测量当测试系统关闭时培养基中的病毒浓度，并将该结果与当测试系统打开时获得的结果进行比较。
89.负电极关闭(无电离)且无电荷减少
‑
向雾化器加载在生长培养基中的8毫升(ml)的sars
‑
cov
‑
2(包含约106log
10
ccid
50
/ml病毒)。对于生长培养基，使用补充有2％fcs(胎牛血清)并缓冲有10mm hepes((4
‑
(2
‑
羟乙基)
‑1‑
哌嗪乙磺酸)的rpmi 1640。将箱密封，并在medair单元风扇打开(电源为3.5伏)的同时使雾化器运行3分钟。然后关闭雾化器，并使风扇再运转2分钟。然后，将96孔板上的盖子揭开，并使风扇再运转15分钟。然后关闭风扇，并通过打开排气泵和通过打开雾化器上方的通气孔2分钟来排放气溶胶。箱中的96孔板通过箱中的槽进行了更换，同时泵保持了负压，而雾化器上方的通气孔关闭。回收96孔板，将新的无菌盖放在板上，用80％乙醇喷洒板，然后将板转移到密封箱中的培养箱中，培养6天，以评估指示传染性病毒存在的病毒细胞病变效应(cpe)。
90.负电极打开(电离打开)并且电荷减少打开。重复上述程序，而负电极打开(18伏)，每次持续时间包括雾化2分钟、将盖子盖在培养基孔上2分钟、将盖子从培养基孔上取下15分钟、排气2分钟。
91.结果：在如上所述的原型测试中，与“负电极关闭”实验后在生长培养基孔中检测到的病毒物质的量相比，在前述“负电极打开”配置下的实验表明传染性气溶胶去除率为100％。图12(a)示出了图11中的照片中所示的系统中各个组件的切换顺序。
92.当负电极(ne)关闭时，96个孔中有85个孔捕获了传染性气溶胶，96孔板的孔含有vero e6细胞，该细胞含有添加了5％fcs(胎牛血清)的200微升的培养基。孔中蓝色/紫色结晶紫染色强度降低表明病毒细胞病变效应
‑
参见图12(b)。当负电极(ne)打开时，96个孔中有0个显示cpe，表明在孔中没有检测到传染性气溶胶，并且在这种设置下，该设备去除了100％的传染性气溶胶
‑
参见图12(c)。
93.在如上所述的原型测试中，与“负电极关闭”实验后在生长培养基孔中检测到的病毒物质的量相比，在前述“负电极打开”配置下的实验表明传染性气溶胶去除率为100％。图12(a)示出了图11中的照片中所示的系统中各个组件的切换顺序。
94.当负电极(ne)关闭时，96个孔中有85个孔捕获了传染性气溶胶，96孔板的孔含有vero e6细胞，该细胞含有添加了5％fcs(胎牛血清)的200微升的培养基。孔中蓝色/紫色结晶紫染色强度降低表明病毒细胞病变效应
‑
参见图12(b)。当负电极(ne)打开时，96个孔中有0个显示cpe，这表明在孔中没有检测到传染性气溶胶，并且在这种设置下，该设备去除了100％的传染性气溶胶
‑
参见图12(c)。
95.使用getah病毒气溶胶装置进行系统测试的实验装置、方法和结果：
96.设置：图13是为在实验室中进行测试而建立的系统的图片，以确定所描述的装置对含有getah病毒病毒性气溶胶的气流进行消毒的有效性。
97.实验装置300包括可密封的有机玻璃箱302，该有机玻璃箱302位于生物安全柜304内。在箱302内，放置了所提出的系统的测试单元301。同样位于有机玻璃箱302中的是用于产生传染性气溶胶的雾化器306以及湿表面气溶胶收集器308，其为96孔板。96孔板在每个孔中包含200微升含5％fcs的rpmi1640培养基和前一天接种的10,000个vero e6细胞。
98.在湿收集器中对结果进行测试的过程如以下实验步骤所述。
99.负电极关闭(无电离)且无电荷减少。雾化器装有在rpmi 1640中添加的2ml getv，rpmi 1640添加了2％的fcs，并且其中添加了100ul的getv 10
8.2
tcid
50
。将箱密封，使雾化器运行2分钟，同时打开medair单元(即测试单元)的风扇(电压为3.5伏)。然后关闭雾化器，并使风扇再运转2分钟。然后，揭开湿收集器的盖子，并使风扇再运转10分钟。关闭风扇，然后打开紫外线，并通过端口将气溶胶排放到真空中2分钟。打开bcs箱，回收96孔板，用80％乙醇喷洒96孔板并将孔板培养6天以评估病毒细胞病变效应(cpe)。
100.负电极打开(电离打开)并且电荷减少打开。重复上述过程，而在2分钟雾化期间，负电极打开。然后关闭雾化器，在将盖子盖在湿收集器上的情况下将测试装置的风扇打开2分钟，在将盖子从湿收集器上取走的情况下将测试装置的风扇打开10分钟，然后排气2分钟(在18伏电压下)。在实验结束时，盖上盖子，将孔板培养6天，以评估cpe。
101.结果：原型测试显示，当负电极打开时，有明显的杀菌和/或去除活性。湿式收集的结果显示90个孔具有cpe，这表明在运行中在负电极关闭的情况下存在传染性病毒(图14a中检测到90个浅色孔)。在负电极打开的情况下运行后，在任何孔(图14b中所有孔是深色的)中均未检测到cpe，这表明不存在传染性病毒。
102.在不脱离本公开的主旨或范围的情况下，可能对先前描述的部分进行变化和修改。
103.例如，如果系统100被安装到存在气流的系统(例如，空气循环、过滤或调节系统)中或与该系统集成，则空气净化或消毒系统可能被设置在空气路径中，以作用于由该系统吸入的空气，因此可能不需要单独的风扇或其他装置来达到负压。例如，图15描绘了图1所示的系统100的一个版本，其被安装在现有系统150的气流路径152中，现有系统150包括其自身的气流产生装置154，以实现气流。
104.如图所示，系统100可以安装在现有系统内的管道156中，使得壳体101提供接收进入的气流的开放的入口，以及开放的出口103，现有气流通过开放的出口103排出壳体101。可替代地，系统可以通过其壳体101提供空气在其中流动的管道部分或结构部分。可替代地，现有系统150的一个或多个管道部分可能被配置成用作系统的壳体101，系统组件被设置在其中以执行所需的功能。
105.系统100可以附接到诸如ppe之类的可穿戴装置或与诸如ppe之类的可穿戴装置集成，以处理气流并提供清洁的空气供穿戴者呼吸。在可穿戴实施例中，系统100将需要具有内置风扇来驱动ppe中的气流，或者吸入环境空气来对其进行处理，或者上述两者。系统100还将被期望包括电池，以给组件供电。
106.如实验所示，在原型测试中，本文所述的系统已被证明能去除、灭活或消除100％的传染性气溶胶。这与现有技术不同，在现有技术中，hepa(高效微粒空气)过滤器包含在现有装置中，以捕获传染性气溶胶。与需要hepa滤波器的系统相比，系统100的制造成本低得多，工作所需的功率小，并且重量轻，因为系统100不需要像风扇单元那样大功率(并且因此重)，并且不需要同样数量的电池来运行。因此，与利用hepa滤波器的现有装置相比，系统100提供了显著的技术优势。这使得该系统有可能被提供在可穿戴装置(例如，ppe)或便携式装置中。
107.应当理解的是，系统100的其他变型也可能设置在另一系统的现有气流路径中，以便集成在该另一系统中。这允许空气净化或消毒系统100被加装至现有的建筑空气循环或空气处理系统。
108.在上述实施例中，系统还可能设置一个或多个空气过滤装置，以提供空气过滤功能。
109.在上述实施例中，在空气电离区中，气溶胶和/或悬浮颗粒通过负电荷带电
‑
例如，通过从电极放电的电子
‑
并且电流被诱导从至少一些被带电的气溶胶和/或颗粒流向电荷减少阶段107的导电器件，该导电器件提供负电荷的减少或中和。然而，在可替代实施例中，通过向电极施加正电势，气溶胶和/或颗粒可以通过正电荷带电，并且电荷减少或中和装置107将被配置成减少或中和正电荷。
110.在上述实施例中，电极可能由不同的材料形成，例如金、银、铂或碳纤维，只要这些电极实现所需的功能即可。它们可能是镀有金、银、铂或铜的金属或非金属材料。它们还可以采取各种形状，例如针状、圆形，或者可以具有增强系统美观性的吸引人的设计，特别是在电极可见的情况下。
111.壳体中还可能提供其他部件，以产生额外的功能，例如通过外壳提供可见光的非uv灯，以便该单元可以用作灯或照明装置，或者提高该单元的美观性。
112.在系统包括产生气流的空气压力发生器的实施例中，空气压力可能由风扇或空气泵提供以产生正压，或者可能由真空抽吸器提供以产生负气压。
113.在随后的权利要求和本发明的前面描述中，除了由于表达语言或必要含义的上下文另有要求的地方以外，词语“包括”或诸如“包括”的变化以包含的意义使用，即，指定所述特征的存在，但不排除在本发明的各种实施例中进一步特征的存在或添加。