使用对人体无害的紫外线光源的杀菌装置的制作方法

diseases)，大卫韦尔奇(david welch)，玛鲁娜博南诺(manuela buonanno)，韦利科格日丽(veljko grilj)，伊戈尔修亚科(igor shuryak)，康纳克里克莫尔(connor crickmore)，艾伦w.比奇诺(alan w.bigelow)，格哈德兰德斯-皮尔逊(gerhard randers-pehrson)，盖丽w.约翰逊(gary w.johnson)和大卫j.布伦纳(david j.brenner)，科学报告(scientific reports)，卷8，文章号：2752(2018)


技术实现要素：

12.考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种uv杀菌模块，其能够抑制设备内部和外部中臭氧的产生，并且发射波长为200到300nm的uv射线，尤其是以高发光强度发射波长为222nm的uv射线。
13.此外，本发明的另一目的是提供一种使用uv杀菌模块的uv杀菌装置。
14.为了实现上述目标，根据本发明的一个方面，提供了一种紫外线(uv)杀菌模块，其包括：光源单元，所述光源单元包含uv光源，所述uv光源被配置为发射包含波长为200至230nm的uv射线的光；外壳单元，所述外壳单元被配置为容纳uv光源；和光导单元，所述光导单元被配置为引导来自uv光源的光，并且被允许uv射线透射率的照射窗阻挡，其中uv光源单元包含分布式布拉格反射器(dbr)滤波器，所述dbr滤波器被配置为只选择性地发射包括波长222nm的峰值。
15.在本发明的一个实施例中，uv光源可以是从由以下组成的组中选择的一个或多个：准分子灯、电弧放电灯或uv-c led。
16.在本发明的一个实施例中，准分子灯可包含从由以下组成的组中选择的一个或多个准分子：arf、krbr、krcl、krf和xel。
17.在本发明的一个实施例中，uv杀菌模块被配置为使用其辐射光直接照射皮肤。
18.此外，根据本发明的另一方面，提供了一种紫外线(uv)杀菌装置，其包含uv杀菌模块。
19.而且，根据本发明的另一个方面，提供了一种紫外线(uv)杀菌方法，包含：通过上述uv杀菌装置用从uv杀菌装置发射的uv射线直接照射人类或动物的皮肤来执行杀菌、除臭、去除有机污染物中的一个或多个。
20.在本发明的一个实施例中，准分子灯的发光方法可以是介质阻挡放电的发光方法。
21.在本发明的一个实施例中，可提供一种uv杀菌模块，其通过进一步包括用于有效移除对人体有害的剩余波长(222nm以外的波长)的过滤技术而能够以高强度仅照射目标波长。
22.在本发明的一个实施例中，dbr滤波器可包括叠层结构的上dbr和下dbr，并且上dbr和下dbr中的每一层的材料从由si3n4、sio2或zno组成的组中选择。
23.在本发明的一个实施例中，上dbr和下dbr中的每一层可具有5nm到500nm的厚度。
24.在本发明的一个实施例中，上dbr和下dbr中的每一个都可具有5至100层的叠层结构。
25.在本发明的一个实施例中，一个或多个蛾眼透镜安装在uv-c led光源的led模块中的一个或多个上。
26.在本发明的一个实施例中，uv杀菌装置进一步包含安全装置，其中安全装置包含检测器，所述检测器被配置为测量从由uvc、uvb、uva和puva组成的组中选择的一个或多个波长光。
27.在本发明的一个实施例中，uv杀菌装置还可以包含臭氧去除设备，臭氧去除设备可以包含uv辐射单元和光催化过滤器。
28.根据本发明的uv杀菌装置，可在不伤害动物细胞(如人类细胞)的情况下对存在于生物组织的表面上的细菌或病毒选择性地执行uv杀菌，并且可减少对皮肤有害的臭氧的产生，而且通过用具有高光密度的可见光同时照射，待照射的场所可以被看见，从而使得uv照射范围可以通过视觉识别。
29.本发明的uv杀菌装置的另一个效果是可以同时执行空间杀菌功能和表面杀菌功能，空间杀菌功能是对室内空间中存在的空气中所含的微生物颗粒进行杀菌和净化，表面杀菌功能是对室内空间中的物体表面进行杀菌和净化，而且即使在有人的空间中也能用杀菌光最近地照射物体，从而提高利用率。
附图说明
30.结合附图从下面的详细描述中，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特点和其他优势，图中：
31.图1是示意性示出根据本发明的实施例的室内空气杀菌净化装置的外观的立体图；
32.图2是概念性示出根据本发明的实施例的室内空气杀菌净化装置的构造的视图；
33.图3是概念性示出根据本发明的实施例的室内空气杀菌净化装置的内部结构的视图；
34.图4a是本发明的一种发光方法的参考视图，图4b是实施本发明时拍摄的火花状发光形式的照片；
35.图5是本发明的dbr滤波器的示意图；
36.图6是示出本发明的dbr滤波器的反射波长范围的图；
37.图7是示出本发明的用于每个波长的远紫外线(far-uvc)感测设备的灵敏度的图；和
38.图8是通过比较本发明的uv杀菌模块与传统的uv灯来说明每小时乙醛减少的图。
具体实施方式
39.[uv杀菌模块]
[0040]
本发明的uv杀菌模块包含：光源单元，其包含被配置为发射包含uv射线的光；外壳单元，所述外壳单元被配置为容纳uv光源；以及光学滤波器，所述光学滤波器被配置为调整所发射的uv射线的波长，其中光导单元被允许uv射线透射率的照射窗阻挡。
[0041]
uv杀菌模块的尺寸可以随意设计，以适应杀菌装置的使用和大小，并且光源的长度可以是整个模块长度的50％到85％。
[0042]
下面将对uv杀菌模块的各个组件进行详细描述。
[0043]
[光源单元]
[0044]
在包含皮肤杀菌的uv射线杀菌中，使用波长为200至230nm的uv射线。最理想的单波长是222nm。可以使用准分子灯、电弧放电灯或uv-c led作为产生这种波长的uv光源。
[0045]
当uv光源是准分子灯时，可以使用任何准分子灯，只要其配置有双管结构的发光管，双管结构的发光管包括圆柱形外管和圆柱形内管，其中圆柱形内管的外径小于外管的内径并且圆柱形内管沿管轴线放置在外管中，发光管由诸如合成石英玻璃、熔融石英玻璃等的材料制成。
[0046]
在发光管中，外管和内管的两端分别通过粘合构件粘接，以在外管和内管之间形成环形的内部空间，并放电气体被截留在所述内部空间中。
[0047]
在发光管中，网状外电极安装在外管的外圆周表面上，膜状内电极安装在内管的内圆周表面上，然后外电极和内电极分别连接到高频电源。在准分子灯中，通过从高频电源在外电极和内电极之间施加高频高电压，内部空间中发生准分子放电并且发射准分子光。
[0048]
准分子灯可以根据放电气体的类型调整发射光的波长范围，并且可获得具有200nm左右的中心波长的辐射光的放电气体是氟化氩(arf，中心波长193nm)，溴化氪(krbr，207nm)，氯化氪(krcl，222nm)，氟化氪(krf，248nm)，氙碘(xei，253nm)和氯(cl2，259nm)。优选使用氟化氩气体、溴化氪气体、氯化氪气体作为放电气体，最优选使用氯化氪气体作为放电气体。
[0049]
此外，准分子灯还可以包含由铝制成的反射表面或通过将峰值波长在200至250nm波长范围内的uv发光磷光体施加到发光管的内周向表面形成的反射表面。
[0050]
当光源为uv-c led时，uv-c led可根据led的配置调整发射光的波长范围，从而获得中心波长在200nm左右的辐射光(uv射线)。最优选地，led被配置为发射200至230nm的波长范围。当光源为uv-c led时，uv光源单元还可包含反射表面。
[0051]
当光源为电弧放电灯时，可以将其配置为包含短路电弧放电灯(以下简称“放电灯”)和聚光光学系统的光源单元，其中聚光光学系统具有布置的反射器以便包围放电灯。放电灯可用于发射在200nm到500nm的波长范围内的具有连续光谱的光。
[0052]
放电灯是所谓的两端密封型灯，其包括例如阀和经密封的管部，所述阀具有椭球形发光管部，发光管部形成发光空间，经密封的管部在发光管部的两端处连续地在管轴线方向上向外延伸，并且所述放电灯由玻璃制成(透明石英f310)。在发光管部内布置有彼此面对的一对电极，包括正电极和负电极。正电极与负电极之间的距离可为1至10mm。
[0053]
在发光管部中，汞被密封作为发光气体，发光气体的密封压力(汞蒸气压力)可为1
×
107pa。正电极可以由钨制成。负电极可以由浸渍有反电子发射材料(发射器材料)的钨烧结体制成，反电子发射材料为例如氧化钡(bao)或氧化钙(cao)。
[0054]
在放电灯中，当在正电极和负电极之间施加有预定量的电压时，在正电极和负电极之间产生弧放电，并且放电灯开启。
[0055]
反射表面被布置以便包围在放电灯的负电极侧上的发光管部的外周。优选地，反射表面具有针对波长为230nm或以下的光以及波长为400nm或以上的光的反射比，并且优选地，反射表面由铝制金属气相沉积膜或电介质多层膜组成，以增加波长为230nm或以下的光的反射率。
[0056]
构成光源单元的放电灯发出的光被反射器的反射表面反射，通过光学滤波器聚集到第二焦点，并入射到入射光学系统的入射端面上。入射到入射光学系统上的光通过光纤
照射到待照射场所，从而对待照射场所上存在的待杀菌的诸如细菌的有机物进行杀菌和消毒。
[0057]
在本发明的杀菌装置中，可以采用双圆柱形灯。在传统的射频(rf)放电方法中，通过应用辉光放电可以获得均匀的光发射，但缺点是所需峰值波长的强度较弱，但在本发明的介质阻挡放电中弥补了这一点。它与介质阻挡放电在一个方面是相同的，即外壁是由诸如玻璃的介电质材料制成以及电极安装在外面。然而，通过使用微等离子体放电方法，可以获得线形式的光发射。
[0058]
本发明的uv杀菌模块确保了对远距离空间的杀菌能力。通过将光学透镜应用到光源发射单元，光线被聚集，从而实现对远距离空间的杀菌。可以使用蛾眼透镜作为光学透镜，并且可以在每个led上安装一个或多个蛾眼透镜，并且优选地安装一个蛾眼透镜。当同时受到来自彼此相邻的led光源的uv射线的照射时，蛾眼透镜会发生相互聚集作用。当光学透镜未安装时，有效距离(wd)约为30mm，但当使用光学透镜时，有效距离增加了10倍以上，从而最大限度地提高了远距离消毒能力。本发明的杀菌模块可应用于将所需区域的光功率最大化的远紫外线(far uv-c)杀菌装置。
[0059]
[光学滤波器]
[0060]
本发明的uv杀菌模块还可以包含在光源单元或光导单元中的光学滤波器。
[0061]
为了实现一种uv杀菌模块，其使用具有光谱线宽的光照射皮肤，光源单元需要光学滤波器，所述光学滤波器吸收、反射和衰减具有不同波长的光，从而照射具有所需波长范围的光。
[0062]
光学滤波器也可以是带通滤波器(bpf)、dbr滤波器，或uv吸收构件，所述带通滤波器减少波长为230至300nm的光。
[0063]
在光源单元的辐射光中，产生少量的在中心波长周围的较短波长和较长波长的光。当辐射光中包含波长小于190nm的uv射线时，具有波长的uv射线会被氧气吸收，并且产生臭氧(o3)。由于产生的高浓度臭氧对人体有负面影响，因此在直接将臭氧应用于活体进行皮肤杀菌处理等时，有必要抑制臭氧的产生。因此，光源单元可额外包含用于吸收小于190nm的uv波长或防止产生的臭氧被排出的臭氧过滤器。
[0064]
作为本发明的一种防止臭氧产生的手段，还可以使用光催化方法的臭氧分解设备。优选地，可以使用tio2光催化方法。空气被吸入到入口中，然后穿过tio2过滤器受365nm波长的照射，之后穿过高效微粒空气(hepa)过滤器。穿过hepa过滤器的空气受波长为275nm的uv射线的照射。在受365nm波长的照射的tio2过滤器中，产生的臭氧再次分解为氧气。本文中，hepa过滤器具有杀菌、除臭、去除pm2.5颗粒、除尘功能，而波长为275nm的uv射线对诸如细菌或病毒的微生物有杀菌作用。
[0065]
本发明的uv杀菌模块的光波长可为200nm至230nm，优选为210至225nm。从抑制uv照射对dna的影响的观点来看，优选地uv射线的波长是短的。然而，由于空气中的氧气吸收波长小于200nm的uv射线，因此到达皮肤的光量大大减少，杀菌效果无法保证。由于超过230nm的光波长可能会导致诸如皮肤损伤的副作用，因此优选的是光源配备有阻挡波长超过230nm的光的滤波器。
[0066]
然而，当使用滤波器阻挡波长超过230nm的所有光线时，只有不可见区域内的uv射线照射生物组织表面。因此，为了解决一个问题，即不能视觉确定uv射线所照射的位置，本
发明提供一种uv杀菌装置，其包括光学滤波器，所述光学滤波器透射从200nm至230nm的波长区域内的光(以下简称“a波长光”)，阻挡超过230nm至400nm的波长区域内的光(以下简称“b波长光”)，并使超过400nm至500nm的波长区域内的光(以下简称“c波长光”)衰减，从而发射出a波长光和c波长光等。
[0067]
本发明的光学滤波器可包括：第一衰减滤波器，其透射波长为200至230nm的光，阻挡波长为230至400nm的光，和使波长为400nm或以上的光衰减，并且例如吸收波长为230至400nm的光；以及第二衰减滤波器，其吸收波长为400nm或以上的光。该光学滤波器可以以这样的方式配置，即通过将第一衰减滤波器和第二衰减滤波器层压在同一玻璃基底上来安装第一衰减滤波器和第二衰减滤波器。第一衰减滤波器可以是带通滤波器，其中心波长为214nm，对于波长为230至400nm的光，光密度(od)值为40或以上。第二衰减滤波器可以是短通滤波器，其具有400nm的截止on/off波长，对于波长为400nm或以上的光，od值为20或以上，并且阻挡波长范围400nm至500nm。
[0068]
在滤波器中，已经透射通过滤波器的透射光中的超过400nm至500nm波长区域内的光与200nm至230nm的波长区域内的光的比率可为1：0.1至0.5。
[0069]
波长为400nm或以上的光与波长为200至230nm的光的比率表示为面积比关于通过光学滤波器透射的透射光的光谱中的波长积分。当波长400nm或以上的光与波长为200至230nm的光的比率超过1：0.5时，生物组织受蓝光强烈照射，可能无法保证动物细胞的高安全性。此外，当波长400nm或以上的光与波长为200至230nm的光的比率小于1：0.1，不能清楚地看见照射场所，并且很难视觉识别uv照射范围。
[0070]
在滤波器中，已经透射通过滤波器的透射光中的波长区域为701nm至800nm的光与波长区域为200nm至230nm的光的比率可以是1：0.1或以下。当波长为701至800nm的光与波长为200至230nm的光的比率超过1：0.1时，用近红外光照射生物组织可能难以保证动物细胞的高安全性。
[0071]
带通滤波器可将光的强度比降低到10％或以下，通过透射带通滤波器的波长为200至230nm的光可被uv吸收构件反射以吸收uv射线。
[0072]
具体地，透射通过带通滤波器后的光的强度比的测量如下面的等式1所示。
[0073]
[等式1]
[0074]
光强度比(％)＝{波长区域为230至300nm的uv射线的强度/波长区域为200至230nm的uv射线的强度}
×
100
[0075]
根据带通滤波器的原理，当超过某一入射角时，光阻挡效率降低。当光的入射角为0
°
(使入射光垂直于入射表面入射)时，220nm附近波长区域内的光被透射，并且230至300nm的uv射线被阻挡。同时，当光的入射角为40
°
时，约210nm或以上的波长区域内的光被阻挡，并且280nm或以上的波长区域内的光被透射。另外，当光入射角为60
°
时，约200nm或以上的波长区域内的光被阻挡，并且260nm或以上波长区域内的光被透射。
[0076]
在以0
°
至40
°
的低角度入射到带通滤波器上的光中，b波长光被带通滤波器选择性地吸收和阻挡，a波长光不被阻挡而通过带通滤波器透射。已经通过带通滤波器透射的包括a波长光的光直接从照射窗发射出或以高角度入射到光导单元上，并反射到构成光导单元的uv吸收构件的内表面并且从照射窗射出。
[0077]
同时，在入射到带通滤波器上的准分子灯的辐射光中，通过带通滤波器透射的光
包含来自以超过40
°
的高角度入射到带通滤波器上的高角度成分光的b波长光。包含透射后的b波长光的光以低角度入射到光导单元上，并且因此光被光导单元的uv吸收构件吸收和阻挡，或通过uv吸收构件透射并朝向光导单元的外部射出。此外，包含在高角度成分光中的a波长光被带通滤波器吸收和阻挡，或即使a波长光没有被阻挡而通过带通滤波器透射，该光也会与光中包含的b波长光一起被uv吸收构件吸收和阻挡，或通过uv吸收构件透射并朝向光导单元的外部射出。因此，b波长光被阻挡或吸收到低角度成分光和高角度成分光中，从而有可能抑制b波长光从照射窗发射。
[0078]
可采用诸如石英玻璃、钠石灰玻璃或氟硅酸玻璃的玻璃作为uv吸收构件。由于玻璃具有菲涅耳反射特性，因此以高角度入射到玻璃上的光被反射，并且以低角度入射到玻璃上的光被吸收或透射。在此，与带通滤波器相关联的高角度成分光以低角度入射到uv吸收构件上，并且高角度成分光被uv吸收构件吸收或透射。同时，低角度成分光不被uv吸收构件吸收或透射，而是被uv吸收构件朝向照射窗反射，从而可靠地抑制有害uv射线从设备泄漏出。此外，用户可以从外部观察准分子灯的可见光，从而获得了高便利性。
[0079]
在本发明的uv杀菌装置中，带通滤波器安装在光导单元和灯外壳单元之间或在光导单元的发光侧上的尖端部处，并且光导单元的内表面可由uv吸收构件制成，uv吸收构件吸收对人体有害的光的波长。uv光源发出的光中包含的部分b波长光被带通滤波器选择性地阻挡，其余b波长光被uv吸收构件吸收或透射。因此，在本发明的uv杀菌装置发出的光中，可以在不显著减少包含a波长光的uv射线的发光强度的情况下降低b波长光的发光强度。
[0080]
光学滤波器可为dbr滤波器，优选为包含zno层的dbr滤波器。dbr滤波器可以是具有分层结构的滤波器，由上dbr、空间层、下dbr和基底构成，上dbr的每一层可具有一致高度的多层结构，下dbr的每一层也可具有一致高度的多层结构。上或下dbr的每一层的厚度可为5nm至500nm，优选为10nm至100nm。上或下dbr可以具有2到300层的分层结构，优选为5到100层。上或下dbr的每一层的材料可以是从由zno、sio2和si3n4组成的组中选择一种或多种。每一层可以有下述结构，其中几种材料一层一层地交替叠层，但两个或更多的连续层可选择相同材料。基底的材料可以是诸如蓝宝石或水晶的稳定矿物。
[0081]
[灯外壳单元]
[0082]
本发明的光源和反射构件由布置在光源和反射构件的一端或两端处的基座构件支撑和固定。具体地，每一个基座构件可以形成为基本上圆形柱体形式。垂直于圆形柱体的柱体轴线的圆形柱体的横截面可以是环形或圆柱形，其内径略小于光源的内管的内径、略大于反射构件的外径。当基座构件为环形或圆柱形，可提高光源的冷却效率。
[0083]
内径略小于光源的内管的内径的环形或圆柱形接合部件可以安装在基座构件的内表面上，以便突出且与基座构件的环的内部连通。此外，环形或圆柱形接合部件安装在基座构件的外表面上，以便突出且与基座构件的环的内部连通。在基座构件中，向内突出的接合部件插入光源的内管中，使光源固定在基座构件上。
[0084]
在灯外壳单元中，uv光源被布置成在与外周壁部件的柱体轴线相同的轴线上延伸。具体地，一个或多个uv光源支撑部件彼此间隔地安装在灯外壳单元的外周壁部件的内部，uv光源支撑部件在垂直于轴线方向上的外周壁部件的横截面中具有外圆周形状和内圆周形状。因此，uv光源的基座构件的接合部件分别与在uv光源单元的支撑部件中形成的接合孔接合，使uv光源支撑并固定在灯外壳单元中。外周壁部件由具有光泽度的材料制成，例
如，黑色铝处理铝。此外，优选的是，在面向准分子灯的发光部分的外周壁部件的内表面上的区域中安装反射层。
[0085]
容纳uv光源的灯外壳单元还可包括外周壁部件和送风机和排风机，外周壁部件由方柱、圆柱体和多边形柱组成，送风机和排风机安装在外周壁部件的两端，使用于冷却灯外壳单元中的光源的冷却空气循环。本文中，优选地臭氧过滤器安装在排风机和送风机的一条排气通路中。
[0086]
[光导单元]
[0087]
用于引导来自准分子灯的光的光导单元可以具有包括圆柱体、方柱、六角形柱等在内的多边形或球形形状，并且可以具有从基本三维图形修改而来的三维形状。
[0088]
用于引导来自uv光源的光的光导单元具有矩形的柱形部分，并且允许uv射线透射率的光导管窗具有与基座端部的内圆周形状相似的外圆周形状，光导窗装配并固定到柱形部分的基座端部。同时，柱形部分的尖端部分被允许透射uv射线的照射窗阻挡。具体地，具有与尖端部分的内圆周形状相似的外周向形状的照射窗装配并固定到柱形部分的尖端部分上。
[0089]
光导单元的长度可以是这样的尺寸，其使得在从带通滤波器发出的光中，与带通滤波器相关联的所有高角度成分光直接入射到光导单元的内表面。当光波导的长度太短时，从带通滤波器发射的光中的与带通滤波器相关联的高角度成分光的一部分光不入射到光导单元的内表面上，而直接入射到照射窗并从照射窗射出。同时，当光导单元的长度太长时，和a波长的与带通滤波器相关联的低角度成分光相比较，入射到uv吸收构件上的光量增加了，从而使得由于光吸收到uv吸收构件中引起的光损失增加了，由此到达照射窗的光可能会减少。
[0090]
光导单元的颜色可以是完全透明的，可以是部分透明的，可以是完全半透明的或部分半透明的，可以包括准分子灯的一部分反射光，并且可以是其混合物。
[0091]
光导单元可以是允许uv射线透射率的光导窗，或可以单独具有光导窗，或者整个光导单元可以是光导窗或照射窗。灯外壳单元和光导单元可以作为一个整体整体设置，并且灯外壳单元和光导单元可以单独设置。
[0092]
反射来自准分子灯的光的部分可以是由高亮度铝板或铝气相沉积膜制成的反射层。
[0093]
含氧层形成空间填充有吸收uv射线以产生臭氧的气体，从而形成含氧层，含氧层形成空间中，光导窗和安装在光导单元中的柱形部分的内圆周表面上的反射层被照射窗分开。内部的含氧气体可以是大气中的空气或类似的气体。
[0094]
本发明的uv辐射装置中，在光导单元中形成含氧层，其被允许uv射线透射率的照射窗阻挡，从而使得来自uv光源的光通过含氧层发射，其中uv光源发射包含波长被氧气吸收以产生臭氧的uv射线(波长为190nm或以下的光)的光。因此，来自uv光源的光中含有的波长为190nm或以下的光被选择性地吸收到含氧层中。
[0095]
含氧层形成空间可为气密闭塞空间，在气密闭塞空间中含氧层中产生的臭氧根本不向外部泄漏。另外，如果臭氧(这可能会在含氧层中产生)泄漏到外部的量不大，那么可以不要求高的气密性。
[0096]
含氧层的厚度，也就是光导窗与照射窗之间间隔的距离，可以根据准分子灯的配
置和准分子灯的照明条件来确定，其中含氧层的厚度优选为10到100mm，更优选为30到60mm。当含氧层厚度小于10mm时，会降低含氧层对190nm或以下的波长的吸收能力，以至于无法充分抑制装置外臭氧的产生。同时，如果含氧层的厚度超过100mm，那么含氧层的热量滞留效应增加，从而导致准分子灯因点亮准分子灯所产生的热量而被过度加热，并且准分子灯的使用寿命缩短。
[0097]
此外，可在光导单元中的含氧层形成空间内布置单独的臭氧分解装置。臭氧分解装置可以是用于对在含氧层中产生的臭氧进行热分解的加热器等设备。
[0098]
照射窗可由诸如石英玻璃的材料制成。优选地，照射窗具有过滤功能，可阻挡波长为315至400nm的对皮肤有害的光(以下简称为“有害uv射线a”)。具体地，可以通过在照射窗的内表面或外表面上进一步包括阻挡有害uv射线a并且透射具有上述范围之外的波长的光的滤波层，来赋予照射窗滤波功能。
[0099]
光导窗可以由诸如石英玻璃的材料制成。与照射窗阻挡波长区域(315nm至400nm)内的uv射线(有害uv射线a)不同，优选的是光导窗具有过滤功能，以阻挡波长为280至315nm的对皮肤有害的光(以下简称为“有害uv射线b”)。具体地，光导窗的内表面或外表面还可包括滤波层，该滤波层阻挡有害uv射线b，并透射具有上述范围之外的波长的光，从而赋予滤波功能。
[0100]
本发明的uv杀菌模块中，对于放电灯发出的用以通过光学滤波器照射生物组织的光的照射量(照射密度)，优选地通过照射密度和照射时间计算的暴露量是这样的水平，其能够对生物组织表面上的待杀菌的活体进行杀菌。光的照射量随照射时间的不同而变化，但可以考虑例如为5至420mj/cm2。每小时的光照射量可为5至400mw/cm2，优选地10至200mw/cm2，更优选地20至100mw/cm2，最优选地30至50mw/cm2。当光的照射量过大时，光源发射的并且入射到光学滤波器上的波长为230至400nm的光增加了，因此对活体有害的波长为230至400nm的光没被可靠地阻挡。同时，当光的照射量过小时，需要很长时间对待杀菌的有机物进行充分的杀菌和消毒。
[0101]
[紫外线杀菌装置]
[0102]
本发明提供一种杀菌装置，其能够通过同时照射在uv照射范围内的具有高光学密度的可见光来可靠地识别uv照射范围，以便可以清楚地看到将要照射的场所。
[0103]
除uv杀菌模块外，本发明的uv杀菌装置还可以包含消毒剂喷雾模块，其能够喷洒皮肤外用剂、化妆品或消毒剂。消毒剂可以是从由聚维酮碘、苯扎氯铵、过氧化氢、戊二醛、硼酸水、硝基呋喃酮组成的组中选择的一种或多种。
[0104]
本发明的uv杀菌装置包括传感器，其能够检测将被uv射线照射的区域插入杀菌装置中，且光源可以仅在预定的时间内自动发射uv射线。
[0105]
本发明提供一种具有自主行走功能的uv杀菌装置。具体地，本发明提供了一种室内空气杀菌净化装置，包括：驱动单元，驱动单元包括设置在其下部的多个轮子，以便在室内空间中自动行走；循环净化模块，循环净化模块安装在驱动单元上并且被配置为吸入室内空气，对室内空气中所含的灰尘或微生物颗粒进行过滤、杀菌或净化处理，并排放空气；杀菌消毒模块，杀菌消毒模块安装在驱动单元上，包括多个发射杀菌光的主灭菌灯，其中主灭菌灯以这样的方式形成，即可调整其布置位置，使得主灭菌灯靠近待消毒的物体而定位，并且主灭菌灯被配置为用uv-c照射物体和主灭菌灯之间的杀菌区域；距离检测传感器，距
离检测传感器安装在驱动单元和杀菌消毒模块上，以检测从其到室内空间中存在的物体的距离；以及控制器，控制器被配置成根据距离检测传感器的检测结果控制驱动单元和杀菌消毒模块的操作，其中主灭菌灯为波长为200至230nm的uv-c led或uv-c灯。
[0106]
循环净化模块还可包括设置在空气出口的后端处的消毒剂喷雾模块。
[0107]
杀菌消毒模块还可包括设置在杀菌基体的上部处的消毒剂喷雾模块，或还可包括位于主灭菌灯的一端处的消毒剂喷雾模块。
[0108]
本发明的室内空气杀菌净化装置还可包括uv射线照射时的安全设备。安全设备通过检测器或光学传感器检查远紫外线(far uv-c)的状态，通过诸如led的显示灯来显示装置的安全状态，并赋予装置上的联锁功能，在可能会发生危险的情况下不照射装置的uv射线。为了检查far uv-c的状态，可分别使用uv光电二极管来应用高功率应用传感器包和低功率应用传感器包，或可同时应用磷光体和可见光二极管，由此提供用于室内杀菌净化装置的安全设备。作为传感器包，可以使用首尔viosys公司生产的高功率传感器包c3535、topkg或类似产品，可以使用低功率传感器包smd3528、smd3020、smd2016或类似产品。
[0109]
下文中，将基于本发明的实施例对本发明进行详细描述，但本发明不限于这些实施例。
[0110]
根据上面的uv杀菌模块的一个实施例，在这种uv辐射装置中，通过从高频电源向准分子灯的一对电极施加高频高电压，内部空间中发生准分子放电，并且根据放电气体类型的准分子光作为辐射光从外管的外圆周表面发射出。来自准分子灯的辐射光包含uv射线，其波长可被氧气吸收而产生臭氧。此外，准分子灯的辐射光从外管的外圆周表面上的uv射线发射区域发射，此后，部分辐射光被直接反射，另一部分被反射构件反射。从准分子灯的外管的uv发光区域发射的光的一部分被直接反射，另一部分被反射到灯外壳单元的外周壁部件的内表面，然后入射到光导单元的光导窗上。在入射到光导窗上的准分子灯的辐射光中，有害的uv射线b(具有波长区域280至320nm的uv射线)被光导窗的滤波层选择性阻挡，这样上述范围之外的波长区域内的光被透射。此外，通过光导窗透射的光入射到由光导窗和照射窗阻挡的含氧层上，并且光中所含的波长为190nm或以下的光被选择地吸收到含氧层中以产生臭氧，并且波长190nm或以下的光移除后的光入射到照射窗上。文中，当其中形成含氧层的含氧层形成空间是阻挡空间，波长为190nm或以下的光被吸收到大气中的氧气中，从而产生臭氧，但抑制臭氧泄漏到装置的外部。
[0111]
此外，在入射到照射窗的光中，有害的uv射线a(波长区域为230至280nm的uv射线)被照射窗的滤波层选择性地阻挡，使上述范围以外的波长区域内的光被透射。如上所述，从uv辐射装置的照射窗发射波长为190nm或以下的光，其中有害uv射线a和有害uv射线b的发光强度降低。在灯外壳单元中，当送风机和排风机运行时，装置外部的空气作为冷却风从布置有送风机的一端流向布置有排风机的另一端。
[0112]
此外，准分子灯的外管的uv射线发射区域发出的光也被吸收到灯外壳单元中的含氧层中，产生臭氧。这种臭氧被来自准分子灯的热量等加热，并迅速分解(热解)从而生成氧气，或被安装在准分子灯和排风机之间的臭氧过滤器吸附和去除。具体地，空气被吸入到入口中，然后穿过受波长365nm照射的tio2过滤器，之后穿过hepa过滤器。穿过hepa过滤器的空气受波长为275nm的uv射线的照射。在受波长365nm照射的tio2过滤器中，产生的臭氧再次分解为氧气，并且可减少排放到装置外部的臭氧。
[0113]
因此，根据uv辐射装置，可能抑制装置外的大气中的臭氧的产生，并通过选择和使用准分子灯中的放电气体，能够以高发光强度发射200nm的波长范围内的uv射线。此外，即使在uv辐射装置在装置内部产生臭氧时，也可能抑制臭氧从装置泄漏出来。
[0114]
在本发明的一个实施例中，上述uv杀菌装置包括：光源，能够发射波长为200nm到230nm的uv射线；和插入端口，用于将待照射的区域插入到装置中。此外，如有必要，本发明的装置还可设置有底座。底座可以安装以调整光源和待照射的物体之间的距离。此外，由于uv照射装置装备有传感器，因此当待照射的物体被插入时，通过感应自动向光源提供功率，由此可仅在设定时间内向物体照射uv射线。
[0115]
根据本发明的实施例的室内空气杀菌净化装置是一种能够同时执行空间杀菌功能和表面杀菌功能的装置，空间杀菌功能是针对室内空间的空气净化功能，表面杀菌功能是针对室内空间的物体的表面的杀菌消毒功能，所述装置包括驱动单元100(下文中也称为自动行走移动体100)、循环净化模块200、杀菌消毒模块300、距离检测传感器400和控制器500。
[0116]
驱动单元100是一种能够在室内空间中自动行走的移动体，并且被配置为能够自行检测障碍物并在无需用户驾驶操作的情况下自动行走。驱动单元可包括安装在其下部的用于运动的轮子120，用于用户操作和操纵的按钮，以及用于显示图像的操作显示单元110，其安装在驱动单元的一侧。
[0117]
此外，驱动单元100可配备有用于自动行走的各种部件，如用于旋转轮子120的驱动装置(未示出)，特别地，多个距离检测传感器(400)，用来从其到室内空间中存在的物体20的距离。控制器500可根据距离检测传感器400的检测结果计算自动行走移动体100的移动路线，并控制驱动单元100以在不与诸如室内空间10中的物体20的障碍物发生碰撞的情况下移动。
[0118]
循环净化模块200安装在驱动单元100上，随自动行走移动体100移动，并被配置成通过抽吸室内空气来对室内空气中所含的细颗粒和微生物颗粒进行杀菌和净化。
[0119]
杀菌消毒模块300安装在驱动单元100上，以随自动行走移动体100移动，并且包括发出杀菌光的多个主灭菌灯310。主灭菌灯310可以是本发明的uv杀菌模块，其形成方式是：可以调整主灭菌灯310的布置位置，以便使主灭菌灯310靠近待消毒的物体20。距离检测传感器400也可安装在杀菌消毒模块300上，控制器500可根据距离检测传感器400的检测结果调整主灭菌灯310到待消毒物体20的靠近移动距离。
[0120]
同时，控制器500可控制模块的操作，以便是模块同时以空间杀菌模式和表面杀菌模式操作或有选择性地以任何一个模式操作，空间杀菌模式运行循环净化模块200以净化室内空间10中的空气，表面杀菌模式运行杀菌消毒模块300以在物体20的表面上执行杀菌和消毒。
[0121]
根据上述配置，根据本发明的实施例的室内空气杀菌净化装置30可通过循环净化模块200执行空间杀菌模式并且同时通过杀菌消毒模块300执行表面杀菌模式，以对室内空间10中的物体同时执行杀菌和消毒。
[0122]
更具体地，控制器可连续运行循环净化模块200以在室内空间中连续执行空间杀菌模式，并且运行主灭菌灯310以执行表面杀菌模式，在表面杀菌模式下，室内空间10中存在的物体20的表面受到杀菌光的照射，同时在空间杀菌模式下操作时移动自动行走移动
体。此时，表面杀菌模式中，通过移动主灭菌灯310接近待消毒的物体20的表面，待消毒的物体20的表面靠近地受杀菌光的照射，由此提高物体表面的杀菌和消毒效果。
[0123]
例如，当室内空间10中存在多个物体20时，根据本发明的实施例的室内空气杀菌净化装置30使用距离检测传感器400等检测物体20，并且控制器500根据检测结果计算驱动单元100的移动路线。因此，有可能在室内空间10的整个区域上移动，以便沿着移动路线靠近物体20。
[0124]
通过这种方式，室内空气杀菌净化装置30在室内空间10的整个区域上移动，从而使得室内空间10的全部物体20靠近地受到来自主灭菌灯310的杀菌光的照射，由此可以在物体20的表面上完美地完全执行杀菌和消毒功能。
[0125]
同时，循环净化模块200布置在驱动单元100的上部上，并且杀菌消毒模块300以围绕循环净化模块200的上部和侧面空间的形式上下移动地布置。
[0126]
循环净化模块200可包括：空气净化盒210，其安装在自动行走移动体100的上部上，并且具有在其一侧和另一侧上形成的空气入口211和空气出口212；空气过滤器220，其安装在空气净化盒210的内部，用以过滤通过空气入口211吸入的空气；uv杀菌模块230，其被配置成向空气净化盒210的内部空间发射杀菌光，以对通过空气入口211吸入的空气中所含的微生物颗粒进行杀菌；以及吹风机240，其运行以形成气流，从而使空气通过空气入口211和空气出口212被吸入和排出。本文中，吹风机240和uv杀菌模块230通过控制器500的控制来操作。
[0127]
空气入口211形成在空气净化盒210的下端部的侧面中，空气出口212形成在空气净化盒210的上端部中，这样外部空气通过空气净化盒210的下端部的侧面被引进到内部空间，过滤，然后通过上端部排放到外部。
[0128]
在这种情况下，空气过滤器220可以作为既能过滤细灰尘又能过滤微生物颗粒的过滤器，并且可以形成圆柱形以允许空气从侧面到中心方向从中穿过。
[0129]
可设置多个uv杀菌模块230，以便既对被空气净化盒210内的空气过滤器220过滤后的微生物颗粒进行杀菌，又对未被空气过滤器220过滤的微生物颗粒进行杀菌。本文中，可以设置至少一个灯，以朝向空气过滤器220发射杀菌光，灯插入到空气过滤器220的中心部分中。多个uv杀菌模块230的剩余灯可设置在空气过滤器220之上，以对穿过空气过滤器220的微生物颗粒进行杀菌。
[0130]
如图3所示，这些uv杀菌模块230可以下述方式形成：多个能发射uv射线的uv led 232安装在盘状灯底座231上，并且多个布置在空气过滤器220上方的uv杀菌模块230可以下述方式形成：他们被布置成在空气过滤器220上方，彼此竖直间隔开，并可以被形成以引导气流在之字形方向上穿过空气过滤器220。
[0131]
为此目的，可设置多个uv杀菌模块230，使其在空气净化盒210内在竖直方向上相互偏移。
[0132]
根据这个结构，通过空气过滤器220过滤的微生物颗粒由插入空气过滤器220的中心部分的uv杀菌模块230杀菌，并且穿过空气过滤器220的微生物颗粒通过多个uv杀菌模块230而沿向上之字形方向流动，如图4所示，从而增加微生物颗粒停留在空气净化盒210内部的时间。因此，增加了微生物颗粒受uv杀菌模块230发出的杀菌光照射的暴露时间，从而提高杀菌功能。
[0133]
根据本发明的实施例的杀菌消毒模块300，包括：设置在空气净化盒210上方的杀菌基体320；主驱动单元330，其被配置为可上下移动杀菌基体320；和多个主灭菌灯310，其沿着杀菌基体320的外圆周布置，随杀菌基体320一起上下移动，在竖直方向上纵向延伸，并且具有形成在其外表面上的发光表面，以向向外方向发射杀菌光。本文中，主驱动单元330和主灭菌灯310通过控制器500的控制来操作。
[0134]
多个主灭菌灯310的上端围绕水平旋转轴340枢转联接至杀菌基体320，并且枢转驱动单元360安装在杀菌基体320上，枢转驱动单元360将由控制器500的控制操作，以独立地使多个主灭菌灯310绕水平旋转轴340枢转和移动。
[0135]
此外，主驱动单元330可以被配置为使杀菌基体320上下移动，并使杀菌基体320围绕其中心部分处设置的竖直旋转轴350旋转和移动。
[0136]
在这种情况下，主灭菌灯310可具有分别在其外表面和内表面上形成的发光表面，从而分别在向外方向和向内方向上发射杀菌光，发光表面在竖直方向上纵向排列。例如，它可以以下述方式形成：竖直方向上纵向形成的灯底座311布置在中心部分，多个能够发射uv射线的uv led 312分别安装在灯底座311两侧上，并且透明保护盖313安装在外面。
[0137]
根据上述配置中，多个主灭菌灯310被布置成沿着杀菌基体320的外圆周表面在圆周方向上彼此间隔开，并且每个主灭菌灯310能够朝向内中心方向和向外方向发射杀菌光。
[0138]
由于主灭菌灯310不仅能在向外方向发射杀菌光而且能在向内方向上发射杀菌光，因此它可以被配置为执行布置在主灭菌灯310的向内中心方向上的循环净化模块200的空气杀菌功能。
[0139]
主灭菌灯310可由允许光透过灯的所有外圆周表面的材料制成，从而向四面八方发射360
°
杀菌光。
[0140]
例如，循环净化模块200的空气净化盒210可由透明材料制成，将杀菌发光到空气净化盒210的内部空间的uv杀菌模块230不单独提供，以便通过杀菌消毒模块300的主灭菌灯310向空气净化盒210的内部空间发射杀菌光。在这种情况下，在主灭菌灯310的向外方向上的杀菌光对物体的表面执行杀菌和消毒功能，在向内方向上的杀菌光对穿过空气净化盒210的微生物颗粒执行杀菌和消毒功能。
[0141]
即使被配置成主灭菌灯310的杀菌光同时在向外和向内两个方向发射，当然也可以将上述uv杀菌模块230单独安装在空气净化盒210的内部。
[0142]
根据本发明的实施例的室内空气杀菌净化装置30如上所述可以同时执行空间杀菌模式和表面杀菌模式。在对物体20的表面进行表面杀菌模式的过程中，经配置后物体20的表面在靠近主灭菌灯310的位置受到从主灭菌灯310发射的杀菌光的照射。
[0143]
例如，在对室内空间中存在的待消毒的物体20的下表面进行表面杀菌模式的过程中，控制器500可控制本发明的装置的操作，从而通过向上移动杀菌基体320以与物体20的下表面间隔一参考距离d来使物体20的下表面受杀菌光的照射，在这种状态下，通过使主灭菌灯310在枢转驱动单元360的作用下围绕水平旋转轴340水平枢转和移动来使物体20的下表面接受杀菌光的照射。在这种情况下，可以根据待消毒的物体20的空间布置状态对照射进行各种调整，例如，多个主灭菌灯310中的全部主灭菌灯都可以水平枢转，和只有一些灯可以选择性地水平枢转。
[0144]
此外，在这种状态下，杀菌基体320可通过控制器500的控制来操作，以通过主驱动
单元330围绕竖直旋转轴350旋转。
[0145]
根据杀菌消毒模块300的操作状态，由于物体20的下表面可能以参考距离d很靠近地受杀菌光的照射，因此可改善物体20的下表面上的杀菌和消毒功能。另外，由于主灭菌灯310绕竖直旋转轴350旋转，因此可以在较大的区域同时照射灭菌灯，由此缩短杀菌时间。
[0146]
同时，在对室内空间中存在的待消毒物体20的上表面进行表面杀菌模式的过程中，控制器500可控制本发明的装置的操作，从而通过向上移动杀菌基体320以与物体20的上表面间隔一暂时设定距离d1，物体20的上表面20能在靠近的情况下受从主灭菌灯310发射的杀菌光的照射，并且在这种状态下，水平枢转和移动主灭菌灯310，然后向下移动杀菌基体320以与物体20的上表面间隔参考距离d，参考距离d短于暂时设定距离d1,。
[0147]
在这时，多个主灭菌灯310中的全部主灭菌灯可水平枢转和移动，但只有一些灯可通过水平枢转和移动来移动接近物体的上表面20，在这种状态下，本发明的装置可以被控制以通过移动驱动单元100来使物体20的上表面的整个区域受杀菌光的照射。
[0148]
通过这样的各种控制方法，即使室内空间中的物体20的形状和布置状态是复杂的，物体20的上表面和下表面也可能在靠近的情况下受杀菌光的照射，而不会在移动路线上遇到任何特别的障碍物，从而提高杀菌功能。
[0149]
根据本发明的uv辐射装置，已证实可抑制装置外的大气中的臭氧的产生。据推测，这是因为含氧层充分吸收波长为190nm或以下的光，由此抑制照射窗射出的光引起的臭氧的产生。另外，经证实，排风机的臭氧过滤器也可在一定程度上降低臭氧浓度。据推测，这是由于在被排气机排出的过程中，向灯外壳单元敞开的含氧层形成空间中产生的臭氧被臭氧过滤器除去。研究发现，当准分子灯与照射窗的距离较小时，照射窗附近的臭氧浓度较高。据推测，这是由于含氧层厚度不足，导致波长为190nm或以下的光没有被充分吸收而发射到装置外的缘故。
[0150]
根据本发明的uv杀菌装置，已证实了可以去除b波长光，同时可使a波长光获得足够大的发光强度。据推测，这是由于当光导单元由石英玻璃制成时，有效uv射线会被反射，而当涂上黑色涂料时，有效uv射线会被部分吸收。
[0151]
此外，研究发现，当带通滤波器的入射角是大的时，有效uv射线可以获得大的发光强度，但有害uv射线难以去除。据推测，这是因为与带通滤波器相关联的高角度成分光含有的b波长光通过光导单元中的铝制反射层透射通过带通滤波器，并且事实上通过光导单元的内表面反射，然后与来自照射窗的a波长光一起发射。
[0152]
当进行实验时，实验中使用本发明的杀菌装置使细胞受uv射线照射，222nm的蛋白质吸收系数大于254nm的10倍，在220nm，当皮肤厚度是5um或以上时，会呈现出根据皮肤厚度的27.4％的uv-c投射率下的0.01％或以下的蛋白质投射率，但在255nm，当皮肤厚度为60um或以上时，蛋白质投射率似乎下降到小于0.1％。
[0153]
在针对杀菌力的实验中，可以看出，关于细菌，当比较针对菌株中的活菌和孢子(例如，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌o157、鼠伤寒沙门氏菌、空肠弯曲杆菌、蜡样芽胞杆菌、枯草芽孢杆菌、难辨梭菌)的杀菌力时，展现出222nm下的杀菌能力，其与超过254nm的杀菌能力相当或有所提高。
[0154]
此外，可以看出，关于真菌和酵母，当比较针对白色念珠菌、扩张青霉菌和黑曲霉的细胞和孢子的杀菌力时，展现出222nm下的杀菌能力，其与超过254nm的杀菌能力相当或
有所提高。
[0155]
此外，可以看出，关于病毒，展现出在222nm下的杀菌能力，其与关于噬菌体ms2和猫杯状病毒的超过254nm下的杀菌能力相当或有所提高。因此，对于所有的细菌、真菌和病毒，它展现了222nm的高杀菌力。
[0156]
拍摄了本发明的介质阻挡放电的原理图和实施例，如图4a和4b所示。可以看出，在进行介质阻挡放电时，与均匀发光的射频放电(rf放电)不同，它以线形发光形式均匀地发光。
[0157]
图5所示为本发明的dbr滤波器的示意图。
[0158]
当上dbr滤波器以20层分层结构(有sin4(27.6nm)和sio2(40.7nm))形成为可重复的叠层结构，并且下dbr滤波器以20层分层结构(有sin4(34.4nm)和sio2(50.7nm))形成可重复的叠层结构时，获得的光反射率如图6所示。通过几乎反射100％的波长约为223nm到345nm的光，只有222nm或以下的波长被选择性地照射。
[0159]
本发明的uv光电二极管(购自首尔viosys)的灵敏度实验结果如图7所示。通常，在uvc中最高灵敏度为0.09a/w，uvb中最高灵敏度为0.15a/w，uva中最高灵敏度为0.05a/w。本发明的uv光电二极管具有显著提高的灵敏度，在uva中表现为0.215a/w，在puva中表现为0.115a/w的最大灵敏度，通常这是难以测得的。
[0160]
本发明的乙醛去除实验结果如图8所示。可以看出，本发明的臭氧去除设备相比于传统uv灯每小时乙醛去除能力提高了2倍以上。
[0161]
尽管上面已经描述了根据本发明的实施例的杀菌装置，但根据本发明的实施例的杀菌装置并不局限于上述实施例，并且可以添加各种修改。
[0162]
[附图标记的说明]
[0163]
100：驱动单元
[0164]
200：循环净化模块
[0165]
210：空气净化盒
[0166]
211：空气入口
[0167]
212：空气出口
[0168]
220：空气过滤器
[0169]
230：空气灭菌灯
[0170]
240：吹风机
[0171]
300：杀菌消毒模块
[0172]
310：主灭菌灯
[0173]
320：杀菌基体
[0174]
330：主驱动单元
[0175]
340：水平旋转轴
[0176]
350：竖直旋转轴
[0177]
360：旋转驱动单元
[0178]
400：距离检测传感器
[0179]
500：控制器