具有改善的效率和安全性的消毒设备的制作方法

本发明涉及一种消毒设备，该消毒设备在效率和安全性方面具有改善的性能，并且特别适用于房间中的高空(upperair)消毒。

背景技术：

1、鉴于最近世界上关于全球疫情的发展，随着对灭菌需求的增加，消毒已经成为重新感兴趣的话题。一种消毒方式涉及使用uv光。作为对涉及空气传播微生物的致病性爆发的响应，在认为发生这种微生物传播的位置使用uv光对空气和物体进行消毒将是有益的。

2、消毒灯具用于用uv-b(280-315纳米(nm)的紫外光)和uv-c(100-280nm的紫外光)辐射充满诸如医院房间的空间，用于消毒目的。这种消毒灯具需要相对短暂的时间(例如几分钟)来实现充分的消毒，但是需要从房间中疏散人。另一种类型的消毒灯具使用固定的405nm紫光源来提供消毒，而无需将人从房间疏散。然而，由于与uv-b和uv-c辐射相比，紫光在杀死病原体方面不太有效，并且由于光分散在宽区域之上，使得辐照度水平相对低，因此这种灯具可能需要数小时来实现充分消毒。

3、通常，在受控条件下，在正在进行的消毒期间，在不存在人或动物的区域(诸如在手术室等)，使用uv光源进行消毒。然而，对杀菌活动日益增长的需求可能涉及在有人存在的环境中操作uv光源，从而引入由uv光无意照射的风险。因此，消毒光源——特别是那些涉及uv光的光源——应该拥有可靠的安全特征，以便避免人或动物潜在地暴露于有害的辐射。

4、消除或最小化这种暴露的一种可能性是使用高空消毒。对于这种应用，光吸收百叶窗用于控制空间光分布，使得消毒光(特别是uv-c光)分布在房间的高空中，即布置在天花板附近的空气中，在这里通常不存在人。百叶窗去除了以较高角度发射的有害uv-c光，并且仅允许主要水平布置的光线被发射。因此，这种光吸收百叶窗可以用于办公室、商场、餐馆、以及保健和教育设施，即人类和/或动物居住的地方。然而，包括光吸收百叶窗的高空消毒设备遭受以下缺点：由于百叶窗的吸收，损失了大部分的uv-c光，从而削弱了该设备的消毒效率。

5、鉴于上述情况，期望获得一种与由现有技术提出的解决方案相比具有改善的性能(例如效率和安全性)的消毒设备。

技术实现思路

1、本发明在所附的权利要求集中阐述。因此，本发明提供了这样一种消毒设备。本发明的消毒设备可以特别适用于对高活动水平的空间进行消毒，该空间诸如：医院或兽医诊所的候诊室；公共空间，诸如图书馆、办公室、百货商店等；以及公共交通工具，诸如公共汽车或火车。

2、遍及本说明书，方向将被称为“向下”、“向上”。在本发明的上下文中，术语“向下方向”应理解为与重力加速度矢量对齐的方向。重力加速度矢量可以理解为消毒设备所布置或所处的天体(例如地球)的重力加速度矢量。直观地理解，术语“向上方向”是与向下方向相反的方向，即与向下方向成180°的方向。

3、该消毒设备包括至少一个光源，该至少一个光源被布置用于在操作中发射具有第一uv波长范围的第一光。光源可以是被配置成发射具有高杀菌效果的光的任何光源。特别地，第一光可以在第一uv波长范围内具有主波长峰值。在本发明的上下文中，uv光谱包括波长为从10nm至400nm的任何电磁辐射。第一光可以是全向的，即可以从至少一个光源360°发射。

4、第一uv波长范围可以是从100nm到280nm，即uv-c波长范围。此外，第一uv波长范围可以是uv-b波长范围(280nm-315nm)和uv-a波长范围(315nm-400nm)。

5、光源可以是固态光源，诸如发光二极管(led)和/或激光二极管。此外，光源可以是低压汞等离子灯或准分子光源。光源可以包括多个led，每个led发射以下中的至少一种：uv-c辐射(100nm-280nm)；uv-b辐射(280nm-315nm)；uv-a辐射(315nm-400nm)。在本发明的上下文中，术语“多个”意味着两个或更多个。

6、如在本发明的上下文中使用的术语“led”意味着本领域中已知的任何类型的led，诸如(一个或多个)无机led、(一个或多个)有机led、聚合物/聚合led、紫色led、蓝色led、光泵浦磷光体涂层led、光泵浦纳米晶led。如本文所使用的，术语“led”可以涵盖布置在外壳中的裸led管芯，其可以被称为led封装。当使用uv-c光时，led可以安装在由石英/熔融石英制成的发射窗口以非接触方式覆盖的腔中。

7、多个led可以包括至少10个led，优选至少20个led，更优选至少30个led。

8、根据本发明的消毒设备可以包括多个光源，每个光源提供第一光。从每个光源发射的第一光的波长可以相同或不同。例如，消毒设备可以包括三个光源，其中第一个光源发射uv-c光谱内的光，第二个光源发射uv-b光谱内的光，并且第三个光源发射uv-a光谱内的光。取决于需要灭活的微生物种类的类型，各种光源可以一起使用或者可以单独操作。

9、本发明的消毒设备包括至少一个百叶窗，该至少一个百叶窗包括多个光吸收结构，该多个光吸收结构具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。消毒设备可以附接到安装表面，诸如天花板或墙壁。在这样的实施例中，第一表面和第二表面基本上平行于安装表面布置。此外，消毒设备可以布置成使得第一和第二表面基本上垂直于安装表面，例如在安装表面是桌子、地板、架子等的实施例中。

10、多个光吸收结构还具有邻近至少一个光源布置的近端和与近端相对布置的远端。多个光吸收结构还具有在近端和远端之间的纵向延伸，以及基本上垂直于该纵向延伸的横向延伸。根据本发明的光吸收结构被布置用于吸收第一光的第一部分。第一光的第一部分可以优选为第一光总量的至少10％，更优选至少15％，最优选至少20％。此外，第一部分可以优选小于第一光总量的35％，更优选小于30％，最优选小于25％。

11、多个光吸收结构可以是板、圆柱体、三棱柱、立方体、五角棱柱、六角棱柱等形式。此外，多个光吸收结构可以被连接，并且可以形成单件、蜂巢或网格结构。

12、多个光吸收结构可以具有高纵横比，例如纵横比至少为2、优选至少为3、更优选至少为4、最优选至少为5。在本发明的上下文中，术语“纵横比”被理解为多个光吸收结构的纵向延伸和横向延伸之间的比率。

13、根据本发明的消毒设备还包括至少一个光学元件，该至少一个光学元件被布置成将从光源发射的第一光的一部分准直朝向百叶窗。换句话说，第一光的与至少一个光学装置相互作用的部分被准直，而朝向百叶窗发射的第一光的剩余部分将不被准直。因此，由至少一个光源发射的第一光将作为主要包括第一光的平行光线的准直光束被导向光吸收结构。第一光的准直光束基本上平行于多个光吸收结构(例如多个薄片)的纵向延伸，并且因此当其传播时将最小程度地扩散，从而最小化随距离的色散。如直观地理解的，第一光的相当大的部分将透射通过所述百叶窗，而不照射在光吸收结构上，并且在薄片的情况下，由消毒设备在与光吸收结构的纵向延伸基本上共平面的方向上发射，以及在蜂巢或网格结构的情况下，由消毒设备在基本上在光吸收结构的纵向延伸的方向上的方向上发射。光学元件可以是透镜、透镜阵列、反射器、全内反射光学元件(tir光学器件)、或任何其他类型的准直器。

14、然而，由于衍射阻止了完美的准直，因此由至少一个光学元件准直的第一光束将包括不平行于多个光吸收结构的纵向延伸的光线。这种光线将与多个光吸收结构的第一和/或第二表面相互作用。如上所述，第一光的这些光线的第一部分将被多个光吸收结构吸收。因此，百叶窗去除了以较高角度发射的有害uv-c光，并且仅允许发射主要水平布置的第一光线，即，第一光的第三部分具有相对窄的第三空间光分布，其被定义为半高全宽fwhm3，其中fwhm3为5°或更小、优选为4°或更小、诸如3°或更小。从光源发射的第一光具有fwhm1的第一空间光分布，经由至少一个光学元件被引导到百叶窗的第一光具有第二空间光分布fwhm2，其中优选地fwhm1>fwhm2>fwhm3。第二光具有第四空间光分布fwhm4，其中优选fwhm4>fwhm3，并且更优选fwhm4>fwhm2。在实施例中，fwhm3<＝0.5*fwhm2。上面指示的空间光分布可以涉及以垂直方式(相对于重力的方向)在光出射窗上测量的空间光分布。以水平方式离开光出口的空间光分布通常不太准直。特别是在使用平行布置的堆叠(staked)板的情况下。

15、为了提高根据本发明的消毒设备的效率和安全性，多个光吸收结构包括至少一个光转换元件，该至少一个光转换元件被布置用于将第一光的第二部分转换成具有第二波长范围的第二光，该第二波长范围包括比第一uv波长范围更长的波长。第一光的第二部分可以优选为第一光总量的至少10％，更优选至少15％，最优选至少20％。此外，第一光的第二部分可以优选小于第一光总量的35％，更优选小于30％，最优选小于25％。必须注意，第一光的第二部分不同于第一光的第一部分。

16、换句话说，由不平行于光吸收结构的纵向延伸的第一光线组成的第一光的部分包括第一部分和第二部分，其中第一部分被多个光吸收结构吸收，并且第二部分被转换成具有第二波长范围的第二光，该第二波长范围包括比第一uv波长范围更长的波长。特别地，第二光可以在第二波长范围内具有主波长峰值。

17、结果是，由本发明的消毒设备发射的光将包括具有第一uv波长范围的第一光和具有第二波长范围的第二光，该第二波长范围包括比第一波长范围更长的波长。

18、根据本发明，消毒设备的效率以及安全性得到提高，因为潜在有害的第一光(特别是uv-c光)将被阻止以不期望的角度离开消毒设备，从而最小化人类和/或动物无意暴露于有害辐射的风险。代替地，一部分分散的第一光将被转换成危害较小的第二光，该第二光可以是uv-a光、uv-b光、可见光、或其组合。与uv-c光相比，uv-a光和/或uv-b光的不太有害，并且可以在更宽的角度用于消毒目的。可见光可以用于警示使用者消毒设备正在运行。替代地或附加地，可见光可以用于一般照明。

19、应当注意，第二波长范围包括比第一uv波长范围更长的波长。因此，如果第一uv波长范围是uv-c波长范围，则第二波长范围可以是uv-a波长范围、uv-b波长范围、可见光波长范围或其组合。如果第一uv波长范围是uv-b波长范围、uv-a波长范围或其组合，则第二波长范围可以是可见光波长范围。

20、特别地，第二波长范围可以是从280nm到780nm，特别是从400nm到780nm。

21、根据本发明，第一uv波长范围和第二波长范围的以下组合是特别优选的：

22、第一uv波长范围是从100nm至280nm，并且第二波长范围是从280nm至380nm；

23、第一uv波长范围是从100nm至280nm，并且第二波长范围是从280nm至400nm；

24、第一uv波长范围是从100nm至280nm，并且第二波长范围是从280nm至420nm；

25、第一uv波长范围是从100nm到280nm，并且其中所述第二波长范围是从400nm到780nm；

26、第一uv波长范围是从100nm到280nm，并且其中所述第二波长范围是从280nm到780nm。

27、根据本发明，第一光的第三部分，即第一光的既没有被吸收也没有被转换的部分，离开所述消毒设备。第一光的第三部分可以优选为第一光总量的至少20％，更优选至少30％，最优选至少35％。此外，第一光的第三部分可以优选小于第一光总量的80％，更优选小于70％，最优选小于60％。应当注意，第一光的第三部分不同于第一光的第一部分和第二部分。

28、光转换元件包括光转换材料。光转换材料将第一uv光转换成第二光，该第二光作为uv光和/或可见光。

29、例如，uv-c光可以被转换成uv-b光、uv-a光和/或可见光。可见光可以是白光或彩色光(例如，紫光、蓝光、绿光或红光)。白光可以具有在从2000到8000k范围内的色温。白光可以具有至少60、优选至少80的cri。

30、优选地，光转换元件包括布置在诸如聚合物基质的基质材料中的光转换材料。这种基质可以是硅基质。基质材料对第一光是透光的，以增加光转换元件的转换量。光转换材料可以是磷光体。该至少一个光转换元件可以是涂层和/或层的形式。

31、多个光吸收结构可以包括多个光转换元件，所述多个光转换元件可以布置在光吸收结构的第一表面上或者光吸收结构的第二表面上。替代地，多个光转换元件可以布置在光吸收结构的第一和第二表面两者上。

32、多个光转换元件可以均匀地或随机地跨光吸收结构的第一和/或第二表面分布。多个光转换元件中的每一个可以将第一光转换成第二光，该第二光在第二波长范围中具有主波长峰值，该第二波长范围与源自其他光转换元件的第二光的第二波长范围相同或不同。例如，本发明的光吸收结构可以包括用于将第一光转换成uv-a和uv-b光谱内的第二光的第一组光转换元件，以及用于将第一光转换成可见光谱内的第二光的第二组光转换元件。由这种消毒设备发射的光因此将包括源自光源的uv-c光、源自第一组光转换元件的uv-a光和uv-b光、以及源自第二组光转换元件的可见光。

33、为了改善根据本发明的消毒设备的安全性，光吸收结构可以包括至少一个楔形元件，该至少一个楔形元件布置在光吸收结构的第一表面和/或第二表面上。在本发明的上下文中，术语“楔形”被理解为在一端具有尖边缘而在另一端具有宽边缘的元件。当存在至少一个楔形时，其被布置成使得宽边缘基本上垂直于光吸收结构的第一和/或第二表面，并且使得宽边缘面向至少一个光源。

34、该至少一个楔形元件可以包括光转换元件。可以想到，至少一个光转换元件是楔形的。还可以想到，光吸收结构包括至少一个楔形元件，该至少一个楔形元件布置在光吸收结构的第一表面和/或第二表面上。因此，这种楔形元件可以是光吸收结构的整体或附加部分。楔形元件可以由与光吸收结构相同或不同的材料制成。在这样的实施例中，至少一个光转换元件可以布置在至少一个楔形元件上。优选地，光转换元件可以被布置为楔形元件上的涂层。

35、为了进一步改善消毒设备的安全性，至少一个光转换元件可以布置在光吸收结构的第一表面和/或第二表面的一部分上。特别地，第一表面和/或第二表面的包括至少一个光转换元件的部分的面积可以小于第一表面和/或第二表面的总面积的30％，优选小于25％，更优选小于22％，最优选小于20％。此外，第一表面和/或第二表面的包括至少一个光转换元件的部分的面积可以大于第一表面和/或第二表面的总面积的1％，优选大于5％，更优选大于8％，最优选大于10％。

36、根据本发明，第一表面和/或第二表面的包括至少一个光转换元件的部分可以布置在光吸收结构的远端。在这样的实施例中，消毒设备的可见性和效率得到了改善。

37、根据本发明的消毒设备的至少一个百叶窗可以包括多个光吸收结构。每个光吸收结构的形状可以与其它光吸收结构的形状相同或不同。特别地，多个光吸收结构可以包括n个光吸收结构，其中n是一个整数，其等于或大于5、优选等于或大于7、更优选等于或大于8、甚至更优选等于或大于10、最优选等于或大于12。在一个特别优选的实施例中，多个光吸收结构是n个基本上平行布置的板的形式。

38、根据本发明，至少5个光吸收结构、优选至少8个光吸收结构、更优选至少10个光吸收结构包括布置在第一和第二表面中的每一个上的至少一个光转换元件。

39、为了保证安全性，至少一个光转换元件可以布置在k个光吸收结构上，其中k是具有从1到n-1的值的整数。可以想到，n个光吸收结构的至少50％、优选至少80％、更优选至少90％包括布置在第一和第二表面中的每一个上的至少一个光转换元件。在一个特别优选的实施例中，只有最外面的光吸收结构包括至少一个光转换元件。术语“最外面”是指具有面向周围环境的至少一个表面的光吸收结构。

40、消毒设备还可以包括包含光出射窗的外壳。在本发明的上下文中，光出射窗应被解释为允许光穿过它的任何区域、体积或材料。外壳可以是密封外壳。至少一个光源、至少一个百叶窗和至少一个光学元件可以布置在外壳内部。外壳可以具有任何几何形状。外壳可以形成为长方体，其中长方体的至少一个面可以充当光出射窗，光可以从该光出射窗发射。外壳还可以包括附接表面，该附接表面被布置成位于外壳要附接到的表面上，诸如天花板、地板、墙壁、桌子、或房间中的其他合适的表面。

41、消毒设备还可以包括uv光传感器，其被布置用于确定输出uv光的强度及其在房间内的分布。这不应当被认为排除了如本公开中提出的其他传感器类型。

42、根据本发明的消毒设备可以是具有安装装置的灯具，该安装装置用于将灯具安装到安装表面。如上所述，当安装表面是墙壁或天花板时，多个光吸收结构的纵向延伸将基本上平行于安装表面。当灯具形式的消毒设备安装在墙壁上时，离开消毒设备的光应该向上导向房间的天花板，以便避免对象意外暴露于有害的uv光。消毒设备可以被配置成通过悬挂布置从房间的天花板悬挂，或者可以附接到天花板。

43、替代地，安装表面可以是地板或一件家具，诸如桌面、架子等。在这样的实施例中，光吸收结构的纵向延伸将基本上垂直于安装表面。即使在这种情况下，离开消毒设备的光将向上导向房间的天花板。

44、最后，多个消毒设备可以布置在同一房间内的不同位置处，以便提高消毒速率和消毒能力。

45、考虑到上述情况，本发明提供了一种安全且有效的消毒设备。该消毒设备提供了高安全水平，从而即使当人类和/或动物出现在被消毒的区域中时，也允许持续进行消毒。此外，该消毒设备的安全水平允许将该设备定位在房间中的基本上任何地方(诸如墙壁或桌子)，这进而提供了有效的消毒。