专利名称：高光能密度汇聚太阳光消毒法及其消毒装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用太阳光消毒的消毒方法和消毒装置，特别是一种利用高能量密度的汇聚太阳光给器械消毒的消毒方法和消毒装置。
背景技术：
在本发明人的一份发明专利一一圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系及其装置中，其中按照大圆锥曲面 小圆锥曲面「开口方向形式」的组合顺序抛物线 抛物线「开口方向一致和相反皆可」，抛物线 双曲线「开口方向一致」，抛物线 椭圆「开口方向相反」，4种组合构成的共焦点圆锥曲面二次反射单元具有优异的聚光性能。当平行光·线射向抛物线 抛物线组合将产生平行汇聚光线；当平行光线射向抛物线 双曲线、抛物线 椭圆组合将产生相交汇聚光线，其单元的汇聚比可由如下方式计算，获得平行汇聚光线的汇聚比=大圆锥曲面面积与小圆锥曲面面积之比；获得相交汇聚光线的汇聚比=大圆锥曲面面积与汇聚光线光斑面积之比。共焦点圆锥曲面二次反射单元可以是槽状或盘状，且使用盘状时更容易获得较高的汇聚比。其装置简单，汇聚比较高，汇聚效果突出，可得到高光能密度的汇聚光。同时另一份发明专利一一多级串联共焦点圆锥曲面二次反射单元光汇聚法，提供了一种获得极高光能密度的汇聚光的方法，它通过圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系里的共焦点圆锥曲面二次反射单元形成的多级聚光层逐级串联，将入射光逐级汇聚，形成极高光能密度的汇聚光。太阳光中含有一定比例的紫外线，紫外线本身具有杀灭病菌的能力，且物体吸收阳光会产生热。而如前述的具有极高光能密度的汇聚光，其紫外线含量虽不变，但光能密度增加了几十倍甚至上万倍，物体吸收阳光产生的热也将十分明显。在该汇聚光极强的紫外线和明显的热效应下，微生物体会迅速灼伤致死。当前常见的消毒装置为高温消毒、臭氧消毒、紫外灯消毒以及化学消毒装置，但这些装置要么需要消耗大量电能，比如高温消毒、臭氧消毒和紫外灯消毒；要么需要消耗化学品而且有化学残留，如化学消毒装置。从节能和环保的角度，使用太阳光消毒是很理想的消毒方式，但目前尚未检索到有关将太阳光用于器械消毒的消毒装置。且直接将太阳光用于消毒装置，其消毒效果将很微弱不能达到消毒要求。相似的利用太阳光消毒的做法，在专利CN102153164A中提到了一种强化太阳紫外线用于水消毒处理的方法和装置。该方法注意到了要将太阳光用于消毒装置就必须强化，但是其方法的缺点也很明显，方法中提到将经过凹面反光罩反射聚焦的强化太阳光中的非紫外光部分进行分离舍弃，这种做法既增加了装置的成本，又大大减弱了太阳光的消毒能力。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题和不足而提供一种利用高光能密度的汇聚太阳光进行器械消毒的消毒方法和消毒装置。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是高光能密度汇聚太阳光消毒法及其消毒装置，该消毒法装置包含有太阳光收集汇聚装置和消毒箱体，还可以有汇聚光传导装置。高光能密度汇聚太阳光消毒法的特点是低光能密度的太阳光经过太阳光收集汇聚装置汇聚产生高光能密度的汇聚太阳光，该汇聚太阳光直接射入消毒箱体或者经汇聚光传导装置导入消毒箱体，待消毒器械放于消毒箱体内，经过一定时间的高光能密度汇聚太阳光照射后，消毒箱体内的器械和空气都将达到很高的温度，加上汇聚太阳光本身含有的极强的紫外线的作用，消毒箱体内的病菌将被迅速杀死，从而达到很好的消毒效果。高光能密度汇聚太阳光消毒法及其消毒装置包含的太阳光收集汇聚装置，可采用圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系的装置或者根据多级串联共焦点圆锥曲面二次反射单元光汇聚法制造。太阳光收集汇聚装置的基本部件的聚光原理示意图可参看附图I和附图2。附图I为抛物线 抛物线「开口方向一致和相反两种情况」共焦点组合的聚光示意图，当平行光线射向该组合将产生平行汇聚光线，其单元的汇聚比=大圆锥曲面面积 与小圆锥曲面面积之比。因其入射光线和射出的汇聚光线都是平行光，易于在光汇聚系统中转移和传递。附图2为抛物线 双曲线「开口方向一致」和抛物线 椭圆「开口方向相反」共焦点组合的聚光示意图，当平行光线射向该组合将产生相交汇聚光线，其单元的汇聚比=大圆锥曲面面积与汇聚光线光斑面积之比。因其产生的是相交汇聚光线，不易于在光汇聚系统中转移和传递，一般适于用在末级聚光层中，其射出的汇聚光直接射入或者经汇聚光传导装置导入消毒箱体。不过太阳光收集汇聚装置汇聚太阳光需与太阳光跟踪装置的配合作用，效果才能达到最佳。由中国气象数据知，中国阳光辐照最弱的四川盆地的年均日照辐射强度为3Kw/(h*m2)，为简便计算取3. 6Kw/ (h*m2)，即Iw/ (s*m2)，这种日照辐射强度在中国仍算是偏低的。若太阳光收集汇聚装置选用附图4中的二级串联汇聚系统，该汇聚系统的二次反射单元都采用盘状，两级汇聚比都定为100 1，即一级二次反射单元中的所有大圆锥曲面半径lm，所有小圆锥曲面半径10cm，其汇聚比N1 = ji *1002/^ *102 = 100 ;二级二次反射单元中的大圆锥曲面半径10cm，小圆锥曲面半径lcm，其汇聚比N2 = ji *102/π *12 = 100，平面反射层的汇聚比为1，则整个装置的总汇聚比N = 2*Ν^Ν2 = 2*100*100 = 20000。假设汇聚系统在反射中的光反射率为100那么光福射强度Iw/ (s*m2)的入射光经_■级直接汇聚系统汇聚产生的汇聚光的辐射强度将达到20Kw/(s*m2)，光能密度增加了 20000倍。由此可知，经太阳光收集汇聚装置汇聚后的汇聚光具有极高的光能密度，在该汇聚光极高的紫外线密度和十分明显的热效应下，微生物体和病毒会迅速灼伤致死，所以高光能密度的汇聚光的消毒作用将非常彻底。高光能密度汇聚太阳光消毒法及其消毒装置包含的消毒箱体，主要由汇聚光入射口、平面透光玻璃、散光体、反光箱壁、盛放架、温度传感器、排气孔、箱门、和微显示器组成，可参看附图5和附图6。各部件的作用汇聚光入射口供高光能密度的汇聚光射入；平面透光玻璃有防止消毒箱内的空气在被加热后与外界对流而造成温度损失的作用；散光体有防止汇聚光照射产生局部温度过高烧毁器械和利于产生全方位的消毒作用；反光箱壁有反射光线的作用，促使所有的光线都被待消毒器械和箱体内的空气吸收，减少热辐射损失；盛放架用于盛放待消毒器械；温度传感器将感受箱体内的温度，温度传感器反光挡板是防止温度传感器受光生热产生测量错误；排气孔较小，用于连通大气压，防止箱内受热产生高气压发生危险；箱门便于器械的取放；微显示器用于显示温度和消毒时间。高光能密度的汇聚光在消毒箱体内的作用过程如下高光能密度的汇聚光经汇聚光入射口进入，透过平面透光玻璃进入消毒箱内，入射光经散光体反射向各个角度散开，又被反光箱壁多次反射，因为反光箱壁对光的吸收率很低，所以最后绝大部分的光能还是被放于箱体内的待消毒器械和空气吸收，且待消毒器械全方位都受到较均匀的光照，待消毒器械和箱体内的空气温度都迅速上升，在高温和强紫外线下作用一段时间，待消毒器械上的微生物和病毒将会被彻底杀死。受高温、强光易损坏或者易燃烧的物品不能放入消毒箱体内消毒。可放入本消毒箱体内消毒的器械涉及餐饮器具、厨具、医疗器械等范围的物品。由于本装置的全方位加热以及高温作用还可用于烘烤食物。高光能密度汇聚太阳光消毒法及其消毒装置可以有的汇聚光传导装置，包括平面反射镜或者光反射通道(如光纤或内有反射层的管路等)等，起到将太阳光收集汇聚装置产生的汇聚光传输到消毒箱体汇聚光入射口的作用。如果汇聚太阳光直接射入消毒箱体汇聚光入射口，将不需要安装汇聚光传导装置。 本发明的有益效果是本发明提供了一种利用高光能密度的汇聚太阳光进行器械消毒的消毒方法和消毒装置。其消毒方法利用了汇聚太阳光的高光能密度的特性，该汇聚光有极高的紫外线密度和十分明显的热效应。由于消毒箱体的特殊设计，可产生均匀的全方位的消毒作用和良好的保温性。高光能密度汇聚太阳光消毒法利用了太阳光能并结合了高温消毒和紫外光消毒两种方式，整套消毒装置消毒全面彻底，节能，环保，无残留。
图I是太阳光收集汇聚装置的基本部件抛物线 抛物线「开口方向一致和相反两种情况」共焦点组合的聚光原理示意图。图2是太阳光收集汇聚装置的基本部件抛物线 双曲线「开口方向一致」和抛物线 椭圆「开口方向相反」共焦点组合的聚光原理示意图。图3是本发明太阳光收集汇聚装置产生的汇聚光经汇聚光传导装置传导的示意图。左图为使用平面反射镜的情况，右图为使用光反射通道(如光纤或内有反射层的管路等)的情况。图4是本发明的一种太阳光收集汇聚装置示例一一二级串联汇聚系统聚光原理的示意图。该系统由两级聚光层和一级平面反射层组成，包括三个二次反射聚光单元。低光能密度的平行光线射向该系统第一级聚光层，经二级串联汇聚系统汇聚产生较强的高光能密度的平行汇聚光线。图5是本发明消毒箱体消毒作用的原理示意图。图6是图5中消毒箱体沿A-A的剖视图。图7是本发明消毒箱体汇聚光入射口部分的局部放大图。该图还显示了高光能密度的汇聚光经汇聚光入射口进入，透过平面透光玻璃进入消毒箱内，被散光体反射向各个角度散开的过程。图8是消毒箱体内散光体的俯视图、主视图和剖视图。该散光体由平面镜和抛物线形曲面镜两种反光面组成，这种反光结构有利于将入射的高光能密度汇聚光均匀反射到反光箱壁上。
图9是本发明整套装置的一种实施例的结构示意图。图中，I-大圆锥曲面，2-小圆锥曲面，3-汇聚光传导装置，4-平面透光玻璃，5-汇聚光入射口，6-反光箱壁,7-散光体,8-盛放架,9-待消毒器械，10-温度传感器,11-温度传感器反光挡板，12-排气孔,13-箱门，14-箱门把手，15-微显不器,16-平面镜，17-抛物线形曲面镜。
具体实施例方式本发明的重要发明点为一种利用高光能密度的汇聚太阳光进行器械消毒的消毒方法，以下提供本发明多种实现装置中的一种示例作为通用实施方式，其它凡其原理和基本结构与如下实施例相同或相近的，均在本发明的保护范围之内。本实施例是只由太阳光收集汇聚装置和消毒箱体组成的高光能密度汇聚太阳光消毒法消毒装置，可参看附图4、附图6和附图9。其太阳光收集汇聚装置为一个二级串联汇 聚系统，由两级聚光层和一级平面反射层组成，包括三个抛物线 抛物线「开口方向相反」共焦点组合形成的二次反射聚光单元，其中一级聚光层内2个，二级聚光层内I个。汇聚系统的二次反射单元都采用盘状，太阳光收集汇聚装置的总汇聚比N = 2*&*队。低光能密度的平行光线射向该系统第一级聚光层，经二级串联汇聚系统汇聚产生N倍于入射光的高光能密度的平行汇聚光线。本实施例的消毒箱体由汇聚光入射口 5,反光箱壁6,散光体7,盛放架8,温度传感器10，温度传感器反光挡板11，排气孔12，箱门13，箱门把手14，微显示器15组成，各部件安装位置可参见附图5、附图6和附图7。高光能密度的汇聚光在消毒箱体内的作用过程如下经太阳光收集汇聚装置汇聚的高光能密度汇聚光从汇聚光入射口 5进入，透过平面透光玻璃4射入消毒箱内，入射光经散光体7反射向各个角度散开,又被反光箱壁6多次反射，因为反光箱壁6对光的吸收率很低，所以最后绝大部分的光能还是被放于箱体内的待消毒器械9和空气吸收，且待消毒器械9全方位都受到较均匀的光照，待消毒器械9和箱体内的空气温度都迅速上升，在高温和强紫外线下作用一段时间，待消毒器械9上的微生物和病毒将会被彻底杀死。本实施例中的消毒法利用了太阳光能并结合了高温消毒和紫外光消毒两种方式，整套消毒装置消毒全面彻底，节能，环保，无残留。
权利要求
1.高光能密度汇聚太阳光消毒法及其消毒装置，该消毒法装置包含有太阳光收集汇聚装置和消毒箱体，还可有汇聚光传导装置，其消毒法的特征在于低光能密度的太阳光经过太阳光收集汇聚装置汇聚产生高光能密度的汇聚太阳光，汇聚太阳光直接射入消毒箱体或者经汇聚光传导装置导入消毒箱体，待消毒器械放于消毒箱体内，经过一定时间的高光能密度汇聚太阳光照射后，消毒箱体内的器械和空气都将达到很高的温度，加上汇聚太阳光本身含有的极强的紫外线的作用，消毒箱体内的病菌将被迅速杀死。
2.根据权利要求I所述的高光能密度汇聚太阳光消毒法及其消毒装置，其特征在于所述太阳光收集汇聚装置可采用圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系的装置或者根据多级串联共焦点圆锥曲面二次反射单元光汇聚法制造。
3.根据权利要求I所述的高光能密度汇聚太阳光消毒法及其消毒装置，其特征在于所述消毒箱体主要由汇聚光入射口、平面透光玻璃、散光体、反光箱壁、盛放架、温度传感器、排气孔、箱门、和微显不器组成，其中的核心部件为汇聚光入射口、散光体和反光箱壁。
全文摘要
本发明提供了一种利用高光能密度的汇聚太阳光进行器械消毒的消毒方法和消毒装置。该消毒法装置包含有太阳光收集汇聚装置和消毒箱体，还可有汇聚光传导装置。该消毒法的特点是低光能密度的太阳光经过太阳光收集汇聚装置汇聚产生高光能密度的汇聚太阳光，直接射入消毒箱体或者经汇聚光传导装置导入消毒箱体，待消毒器械放于消毒箱体内，经过一定时间的高光能密度汇聚太阳光照射后，消毒箱体内的器械和空气都将达到很高的温度，加上汇聚太阳光本身含有的极强的紫外线的作用，消毒箱体内的病菌将被迅速杀死。高光能密度汇聚太阳光消毒法利用了太阳光能并结合了高温消毒和紫外光消毒两种方式，整套消毒装置消毒全面彻底，节能，环保，无残留。
文档编号A61L2/08GK102973958SQ201110260860
公开日2013年3月20日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者杨欢, 马嘉悦 申请人:杨欢