为了提供基于紫外线消毒的有效的消毒呼吸器，本申请认识到需要考 虑使用者的空气消耗率。因此，本发明考虑到典型个人在特定工作条件以 及在通过所述呼吸器的最大流量的因素下的峰值呼吸。举例来说，本发明 涉及其重点在于为在传染性环境中工作并进行中等运动的个人提供安全 的空气供应的呼吸器的设计。中等运动或轻度运动由国家职业安全与健康 研究所(NIOSH)定义为不超过50瓦的工作量。这一活动水平等同于一 般的成年人以每小时三英里的速度步行。在这些条件下，NIOSH将峰值呼 吸设定为85 SLM，其中以分钟-升为单位的空气消耗是25。
下面所讨论的实施方案针对仅仅进行中等运动的体力劳动者及其家 庭成员，而不是进行150瓦或更高水平的运动的第一出动人员或军队成员。 然而，应该理解，所描述的方法可升级到高端应用或任何其他应用。
针对体力劳动者及其家庭成员的呼吸器器具的规格是：
最大流量—220SLM(通过过滤器到达面罩)
峰值呼吸—90SLM(1.5升每秒){其中S<10E-11}
功率消耗—7瓦
电池充电—8小时(基于失去能量的70瓦小时电池组)
重量—2.5磅(电池和紫外线室的重量是1.5磅)。
对使用UVC光来消除活性空气携带的病原体的建模的最全面的尝试 是由Kowalski等人在期刊Quantitative Microbiology(数量微生物学)2， 249-270，2000中发表的Mathematical Modeling of Ultraviolet Germicidal Irradiation for Air Disinfection(用于空气消毒的紫外线杀菌辐射的数学建 模)。该论文概述了由方程式S＝e(-kIt)定义的关于病原体种群衰减的经典方 法。其中S是照射后存活的病原体种群部分，I是以每平方厘米微瓦为单 位的强度，k是用平方厘米每微焦耳表示的特定病原体的标准速率常数，t 是以秒为单位的照射时间。
如Kowalski等所概述，对包括三种病原体在内的8种已知病原体的研 究已经示出在初次照射后存活的次级种群。通过分配第二速率常数k2并 使用同一方程式S＝e(-k2It)将这个种群的衰亡加入到所述第一种群，使用上 述经典方法处理该种群。关于K2的值的信息是有限的，只可得到用于8 种病原体的值。次级存活种群的原因可以归因于一种或多种可能性，其包 括1)对UVC的较高的抵抗力2)病原体的群集以及3)非最优的室设计， 其中强度(光子通量)很不均匀(在最接近灯的地方强度高，而在其他地方强 度要低得多)。过去，通常通过将UVC光投射到表面上的病原体之上进行 剂量研究。因此，在这些条件下很可能原因1和/或2是造成病原体的次级 存活种群的主要原因。
然而，第三个原因表明在UVC系统内的实际结果迄今为止一直是很 差的，这是由于所有的已知系统都已经利用了其中空气流过圆灯的设计， 而所述园灯的光子通量基于灯的半径和到灯的距离急剧地变化。事实上， 一些文献错误地教授强度随到灯的距离成平方下降，甚至没有考虑灯的半 径{当半径接近于零，X1(在灯旁边的强度)/X2(在离开灯某一距离的强度) 的比值趋于无穷大}。对强度场建模的更复杂的尝试(例如Kowalski等人) 涉及超过15个变量，其中的许多个变量难以测量或预测，并且，即使是 这些模型也显示出当前的室设计的强度的广泛变化。
最重要的是，现有技术系统没有提供对空气消毒系统成效的评价或测 定，并且没有在测量低的病原体浓度方面进行尝试。如在演示中和通过模 型的使用都示出的那样，这些系统具有急剧变化的效果，这一事实意味着 在现有技术系统中还没有解决在平面上测量的例如k2的次级效应。
本发明设法通过利用其中流量是受控的、包括泵、风扇或鼓风机的消 毒室或灭菌室来解决这些问题中的一些。为了解决由不均匀的紫外线强度 引起的病原体的次级存活，本发明进一步提出提供高强度的辐射区。
使用泵、风扇和鼓风机来使流体移动是已知的。例如，通常通过使用 安装在天花板上的或直立的风扇来使房间中的空气循环。这些通常包括用 于手动调整风扇速度以适应使用者偏好的多个装置。然而，对于安装在壳 体或管道内以便使空气流过所述壳体或管道的泵、鼓风机或风扇，没有已 知的系统在外部因素变化并因此影响流量或空气压力时，自动地调整供应 到泵、鼓风机或风扇的功率或调整闸门或例如蝶形阀的其他机构，以便实 现恒定的流量或恒定的压力。本发明提出一种系统，其中的流量或空气压 力是可控的，以使得流量或压力大致保持恒定。
在空气净化领域，已经做了滤出颗粒的大量工作，例如在许多强迫通 风的家用加热单元中见到的风道系统中的过滤器。如下面所讨论的那样， 也使用过滤器滤出面罩中的有害颗粒。对于生物污染物，在使用汞蒸汽灯 消毒水方面也做了大量工作，并且也已经考虑到使用真空紫外线源杀灭生 物污染物。例如，Brais的美国专利第5,833,740号公布了使用紫外线源并 利用安装在壳体内的湍流发生器的化学空气净化和生物净化。在Kaura的 美国专利第6,623,544 B1号也讨论了借助紫外线的空气净化。在该专利中， 空气经过机械过滤器(包括静电过滤器)、高能离子的电离和紫外光辐射的 处理。另一方面，由3M制造的PAPR包括使用化学药品杀灭生物病原体 的空气净化器。
Showdeen等人的美国专利第5,446,289号也讨论了借助于安装在室内 的紫外线灯来消毒物品。
然而，使用紫外线源杀灭空气中的生物污染物的现有技术并没有考虑 到控制通过紫外辐射源的流量以便控制所述污染物被照射的紫外线剂量， 也没有考虑到控制灭菌室或消毒室的压力。更具体地，它们没有考虑到使 用泵、风扇或鼓风机使空气流过紫外线源，并且没有考虑到通过调整泵、 风扇或鼓风机的功率来调整空气的流量。因而，现有技术也并没有考虑到 通过自动调整供应到泵、风扇或鼓风机的功率来响应变化的需求来实现节 能，而节能在便携式装置中特别重要。
此外，现有技术系统不确保通过灭菌室或消毒室或通过消毒区(例如 在房屋、船或飞机的风道系统内提供的紫外辐射区)的生物污染物受到足 够量的辐射以使之变得无害。它们也没有优化在便携式装置中的功率使 用，也没有考虑到紫外辐射的可能的有害副产物，如臭氧和一氧化碳。
也没有技术教授使用紫外辐射来主动破坏在面罩组件中的生物污染 物。就面罩领域而言，带有各种类型过滤器的面罩是公知的。例如， Wadsworth等人的美国专利申请公布第2005/0079379 A1号描述了对面罩 改进，这一面罩使用双层或多层隔离织物，其中至少一个隔离织物层不透 液体但允许湿气通过微孔，并且诸层可以含有抗菌剂。而Kirollos等人的 美国专利申请公布第2004/0223876号又描述了例如呼吸保护装置的暴露 保护设备，其包括用于指示目标物质存在的探测器。
Wen的美国专利申请公布第2003/0111075 A1号虽然描述了杀灭细菌 的防毒面罩，但其使用了化学试剂。Wen利用了含有活动期和消极期的过 滤器具，所述活动期含有至少一种化学试剂以杀灭周围的细菌和病毒。
本发明设法解决这些问题，并设法不仅通过便携式面罩装置向使用者 提供消毒空气，也提出消毒由使用者呼出的空气。

依照本发明，提供了一种空气消毒系统，其包括用于提供预定强度紫 外光的紫外光源、具有输入端(input)和输出端(output)的鼓风机、过滤器(例 如安装在所述鼓风机的输入端或输出端处的HEPA过滤器)，空气供应的 气压或空气流量可以被自动调整以满足需求方面的变化。所述系统进一步 包括用于在高强度区用高强度紫外光辐射病原体的辐射装置，其中高强度 光具有比预定强度高的强度。可以由例如紫外线透镜(UV lens)的紫外光 束放大器(UV beam magnifier)或单独的高功率光源产生高强度光。应该理 解，提供具有高强度光照射的高强度区既适用于使用面罩的使用者特定装 置，也适用于例如风道消毒系统的多用户系统。
进一步，依照本发明，提供了用于将消毒空气供应提供到面罩的空气 消毒系统，其包括面罩、灭菌室、紫外光源、用于产生空气流的泵、风扇 或鼓风机，以及颗粒过滤器(例如安装在壳体上的HEPA过滤器)，所述面 罩具有空气输入端和空气输出端，所述灭菌室包括一壳体，该壳体具有用 于接收来自大气的空气的输入端和连接到所述面罩输入端的输出端，其中 空气供应的空气压力或空气流量被自动调整以满足需求的变化，且其中所 述系统包括紫外光束放大器和所述壳体的第二输入端中的一个或两个，所 述第二输入端被连接至面罩的输出端。所述系统可以使用传感器测量空气 流的流量或空气压力，并使用传感器信号来控制所述空气流的流量或所述 空气流的空气压力。可以通过以下方式来控制流量或压力：通过控制供应 到泵、风扇或鼓风机的功率，或通过调节安装在壳体或管道内的或安装在 壳体或管道上游或下游的手动控制阀或电动控制阀，或通过对泵、风扇或 鼓风机以及此类阀进行调整。具体地，可以调整流量以提供大体上恒定的 流量，或可以调整压力以提供大体上恒定的压力。所述阀可以包括孔以便 让空气通过阀，或者所述阀适于总是至少部分开着以确保微小的正压。所 述系统可以是便携式系统，其中泵、风扇或鼓风机以及任何电动控制阀的 电力由至少一个电池供电。可以调整由使用者的吸气和呼气引起的压力变 化，以便提供恒定的空气流量或恒定的空气压力系统。具体地，安装在壳 体或管道内的或在面罩内的压力传感器可以用于提供压力信号，该压力信 号用于调节供应到泵、风扇或鼓风机的功率和/或用于控制电动控制阀，以 便在需要时将空气提供给使用者，从而在面罩内提供正压力而避免在使用 者呼气或低耗力期间的过度压力累积，同时仍在吸气期间确保足够的气流 而无须顾及使用者的耗力水平。因此，在本发明的恒定压力系统中，一个 实施方案考虑到调整阀以适应由于使用者的吸气和呼气引起的压力变化(因 为本发明的系统设法维持恒定压力)。当所述阀变化时，流量就变化，而这 影响了泵、风扇或鼓风机所必需的工作强度(因为空气必须从在泵、风扇或 鼓风机的上游侧的零加速到在泵、风扇或鼓风机的下游侧所需要的特定流 量)。在供应到鼓风机或风扇的功率被调整的情况下，优选地，使用被设计 成具有低惯性的风扇或鼓风机，例如通过使用石墨组分并进一步提供用于 在不需要空气流时快速停止风扇的装置。所述停止可以通过使用电动微型 制动器来实现。风扇或鼓风机可以使用可单独致动的、具有相同或不同功 率的多个电动机，以通过仅仅对所选择数量的电动机或具有所选择功率的 一个电动机进行供电而实现所需流量来优化功率消耗。
压力传感器可以被放置在面罩附近或在面罩上，以限制由于沿着输送 管的压降而带来的误差。传感器可以提供电压或电流输出。优选地，所述 信号是混合的信号装置，其中小的电压信号被数字化以确保所传送信号的 准确度。优选地，使用多个传感器，所述多个传感器可被取平均，或者高 值和低值被抛弃，以确保信号的可重复性和稳定性。传感器可以是温控的， 以避免由于周围温度的改变而产生的误差。该系统也可以与紫外光源结合 使用，以杀灭或破坏生物病原体。可以选择过滤器的性质，以限制紫外光 源要杀灭或破坏的特定生物病原体的群集或凝块。通常使用能够过滤0.1 μm直径或更小的病原体的过滤器。为了解决对紫外辐射具有较高抗性的 生物污染物(病原体的次级存活率)，高强度区可以被界定在壳体或管道的 输入端或输出端、或者在壳体中的任何其他位置、或者在壳体的上游或下 游，并且可以包括供空气通过并界定高强度区的小孔或通道，例如0.3cm2 的孔。紫外光束放大器通过将紫外光束集中在例如0.3cm2孔的高强度区来 产生高强度辐射。因此，用高强度紫外光辐射病原体的辐射装置可以包括 光束放大器，该光束放大器通常包括由例如二氧化硅的高透射率物质制成 的透镜。高强度区可以包括高反射性圆筒，该高反射性圆筒从所述孔延伸 来界定一个通道，以确保给通过高强度区的空气足够的照射时间(或者，在 下面所讨论的闪光灯的情况下，确保被脉冲照射)。可以使用产生高强度紫 外光脉冲的紫外线激光器或闪光灯(例如，由Perkin Elmer生产的氙或氙- 汞闪光灯，如RSL3100)或其他能量源来代替紫外线汞蒸汽灯。在这种情 况下，光束放大器可以在一些实施方案中与紫外线激光器或闪光灯一起使 用。系统通常是便携式系统，可以由一个或更多可更换的或可再充电的电 池供电，例如锂离子电池。由使用者呼出的气体可以通过将所呼出的气体 引导到壳体的第二输入端来进行消毒，或者可以通过将所呼出的气体供应 到单独的灭菌室来进行消毒。
更进一步，依照本发明，提供了一种减少空气流中的病原体的方法， 其包括在第一预定时段将空气流暴露于第一强度紫外辐射、将空气流暴露 于高于所述第一强度的提高的强度紫外辐射。所述提高的强度可以包括一 定范围的提高的强度，该提高的强度下的照射可以持续一段时间，该持续 时间比所述第一预定时段短，并且可以包括空气流通过高强度区期间的时 间。紫外辐射的第一预定时段可以被界定为空气流通过例如壳体的特定区 域所需要的时间。可以由例如紫外线透镜的光束放大器提供所述提高的强 度。高强度区可以包括空气流被强制通过的通道，或者可以包括壳体的一 部分。
更进一步，依照本发明，提供了一种防护空气携带的病原体的方法， 其包括(a)提供用于将空气引导给使用者的面罩，(b)使用紫外线辐射来消毒 被引导给使用者的空气。该方法可以包括对由使用者呼出的空气进行消 毒。该方法可以包括控制被引导给使用者的空气的流量或压力。在使用者 吸气和呼气期间以及在使用者耗力改变期间可以控制压力以维持大致恒 定压力。可以通过控制止回阀和鼓风机、风扇或泵中的至少一种来控制由 鼓风机/风扇/泵提供的空气流或压力。
附图简述
图1示出本发明的便携式消毒器具的一个实施方案的简化表示；
图2示出本发明的消毒器具的一部分的另一个实施方案；
图3示出本发明的消毒器具的一部分的又一个实施方案；
图4示出本发明的消毒器具的一部分的又一个实施方案；
图5示出使用者戴着本发明的便携式消毒器具的又一个实施方案；
图6示出通过本发明的消毒器具的另一个实施方案的一部分的纵剖面 图；
图7是图6的实施方案的顶视图；
图8示出图6的器具沿着线A-A的横截面图；
图9示出被连接到以三维示出的面罩的图6的器具的侧视图；
图10是本发明的面罩组件的另一个实施方案的三维视图；
图11是本发明的面罩组件的另一个实施方案的三维视图；
图12示出本发明的电路的一个实施方案的方框图；
图13是本发明的灭菌室的另一个实施方案的三维视图；
图14是通过图13的实施方案的一部分的剖面图；
图15是通过图13的实施方案的另一部分的剖面图；
图16示出装在腰包内的成对的灭菌室和电源的一个实施方案，
图17示出装在腰包内的灭菌室和电源的另一个实施方案，
图18是通过本发明的灭菌室的另一个实施方案的一部分的剖面图，
图19是通过本发明的灭菌室的又一个实施方案的一部分的剖面图，
图20是通过本发明的灭菌室的一个实施方案的简化横截面图，
图21是通过本发明的灭菌室的另一个实施方案的简化横截面图，
图22是通过本发明的灭菌室的另一个实施方案的一部分的横截面图，
图23是示出风扇或鼓风机的使用的、通过本发明的灭菌室的又一个 实施方案的简化横截面图，
图24是示出风扇或鼓风机的使用的、通过本发明的灭菌室的又一个 实施方案的一部分的简化横截面图，
图25是示出风扇或鼓风机的使用的、通过本发明的灭菌室的又一个 实施方案的一部分的简化横截面图，
图26示出制造灭菌室壳体的方法，
图27示出制造灭菌室壳体的另一种方法，
图28示出本发明的一副手套的实施方案，
图29示出装在密封塑料袋中的本发明的一副手套的另一个实施方案，
图30示出用于移除与本发明的器具一起使用的手套的垫，
图31示出本发明的消毒室的三维视图，
图32示出图31的消毒室的侧面板和后面板的实施方案，
图33示出图31的消毒室的上面板和下面板的实施方案，
图34示出用于在图31的消毒室内支撑器具和衣物的支撑装置的一个 实施方案，
图35示出通过本发明的消毒器具的又一个实施方案的一部分的纵剖 面图，
图36示出通过本发明的消毒器具的又一个实施方案的一部分的纵剖 面图，
图37示出通过本发明的消毒器具的又一个实施方案的一部分的纵剖 面图，以及
图38至图44示出通过本发明的消毒器具的三个其他实施方案的一部 分的纵剖面图。
发明详述
如上所述，本发明界定了提供空气流的空气供应系统，所述系统包括 过滤器和诸如泵、风扇或鼓风机的用于传送空气的装置以及用于控制空气 流的流量或空气压力的装置。相反，现有技术的装置使用恒定的高流量， 由于大的压降，这阻止了使用优良的HEPA过滤器。同样，它们产生引起 空气持续排出的大的正压，并因此通常与允许空气自由地通过面罩的类似 面盔的面罩一起使用。因为它们并非请求式的系统，因此有可能使得使用 者暴露于污染较重的空气。而本发明使用受控的空气流系统以避免这些缺 点。本申请的实施方案进一步包括用于通过用紫外辐射辐射空气流来杀灭 或破坏在空气流中的有机污染物的装置。
为了便于理解将关于图37-40所讨论的一些概念和元件，本发明包括了 本申请要求优先权的、早期提交的申请的实施方案和说明。在图1中示出 本发明的便携式空气消毒器具的一个这样的先前讨论的实施方案，其示出 经由柔性输送管120连接到灭菌室110的面罩100。面罩100包括单向进气 阀122和单向排气阀124。面罩100罩在人的鼻子和嘴巴上，排气阀124将 呼出的空气送入大气中。进气阀122允许个人吸入消毒空气。单向阀122、 124确保个人呼吸消毒空气，同时将使用过的空气排放到大气中。如将会在 下面相对于图37-40更详细地讨论的那样，本发明的实施方案包括用紫外辐 射来辐射所呼出的或使用过的空气的可能性，而不是简单地将其排到大气 中。阀122、124可以是简单的止回阀、过中止回阀或电动阀。在一个实施 方案中，阀开着的面积被选择为大致符合人类气管的横截面(大约3-5cm2)。 优选地由柔性材料制成的输送管120被选择为具有相似的横截面(大约3-5 cm2)。在一个优先的实施方案中，为了便于清洗，面罩100、阀122、阀124 和输送管120被设计为可从灭菌室或消毒室110拆卸下来的，并优选地由 在洗碗机使用安全的材料制成。通过提供快速释放的连接器或提供允许灭 菌室、输送管或软管和面罩容易地彼此分开的连接器，各部分允许容易地 更换磨损部分或使用来自另一器具的部件。在一个实施方案中，所述器具 可以包括眼睛保护装置，诸如眼镜、风镜或如参考数字130所指示的下翻 式透明护目镜。这个实施方案的护目镜130包括平视显示器(heads-up display)和用于接收外部馈入以将信息在显示器130上显示出来的接收器 190。接收器190可以是无线接收器，例如用于接收无线因特网馈入或缓存 内容信息馈入的WiFi接收器。在所示出的实施方案中，空气泵170被包含 在室110内以在面罩100内提供正压力，从而确保周围空气不会沿着邻接 使用者面部的面罩100的侧边在无意中被吸入到面罩100内。通过向面罩 100提供空气流，泵170还起到使吸入过程不费力的作用。一个这样的泵是 隔膜泵，例如由Rietschle Thomas of Sheboygan，WI.生产的7010/-2.2N(直流 12V和24V)。在另一个实施方案中，不是直接地将空气推动到面罩，而是 由泵供应到供应罐，然后经由在面罩或罐处的适当调整器供应到面罩。
在这个实施方案中，消毒器或灭菌室110的内部容积近似地相当于成 年人在中等耗力下的一次人类呼吸。(对于典型的成年人，不动的成年人的 典型呼吸是大约0.5升，中等耗力下容积通常将会增加到1和1.5升)。然 而，如同在下面更详细讨论的那样，通过室的流量被监控以确保考虑到较 大的呼吸和快速的呼吸。然而，本发明并非限于这样的配置。如下面所讨 论的那样，在其他实施方案中，室的容积特别地被选择为小于器具的典型 使用者的平均呼吸。在本实施方案中，灭菌室110在外形上是管状的，直 径大约是三英寸(3”)，长度大约是六到八英寸(6-8”)。紫外光源140被安装 在室110内。在一个实施方案中，紫外光源是借助于托架(未示出)安装的 大体上沿着室中心延伸的汞蒸汽灯。在使用汞蒸汽灯作为紫外光源的实施 方案中，所述灯被保护在石英套筒中以降低破损的可能性。此外，包括传 感器172，以监控汞蒸汽灯的输出，如果灯停止辐射，就关闭到面罩100 的阀174。这将会确保不会有来自灯的有害气体、也不会有未经处理的空 气进入到使用者的肺。优选地，包括多个紫外线传感器，因为它们易于随 时间而降质。因此，监控紫外线量的多个传感器有利于确保紫外线源产生 足够的紫外线。传感器172可以是由AlGaN、SiC、AlN、GaN、InGaN、 AlInGaN、GaAs、Si或AlN:SiC合金制成的光电探测器。优选地，借助于 例如掺杂SiO2的片上沉积过滤器，或借助于例如由德国美因茨市(Mainz， Germany)的Schott公司销售的单独过滤器，光电探测器被过滤以除去没 有被地球臭氧层除去的波长(通常是280nm以上)。这一过滤确保避免由外 部紫外线干扰引起的错误读数。优选地包括附加的、截止在400nm的光 电探测器，其测量400nm以上的光(可见光)以确保没有光泄漏入室内。这 确保室内没有允许紫外光漏出的缝隙。在汞蒸汽灯作为紫外光源的情况 下，传感器172可以仅仅是用于监控通过灯的电流的电流传感器，而不是 使用光电探测器来监控紫外光。
应该理解，室110的外形尺寸可以随紫外光源的性质、尺寸和配置而 变化。在这个实施方案中，室110的内表面被涂敷紫外线反射涂层(例如 具有二氧化硅防护涂层的铝)，以使得来自紫外光源140的辐射线多次穿 过在室内的空气。已经发现这样的反射涂层产生95％的紫外辐射反射率。 应该理解，紫外线源140可以改为包含单个或阵列紫外光发射半导体装置， 例如产生紫外光的LED。已经发现两百六十到两百六十五纳米(260-265 nm)的波长可以有效杀灭诸如病毒、细菌和真菌的生物污染物或使之无害。 在这个实施方案中紫外光源由电源供电，在这个实施方案中该电源包 含电池组142。电源142可以包括直流转交流的转换器，以便从例如10伏 直流电池的电池提供120伏或更高的交流电，用于给汞蒸汽灯供电。应该 理解，电源包含适当的镇流电路。在将LED用作紫外线源的情况下，借助 于适当的直流电压转换器或通过使用用于LED的优化电路(如由MAXIM 生产的此类电路)，电源将提供适当的LED电流。在这个实施方案中，构 成电源142的电池组被与室一起整体封装，并且包括用于电池组的充电器。 然而，应该理解，电池组也可以单独封装和携带，例如在使用者的腰带上。 应该理解，不仅可以单独携带具有其传感器的灭菌室和电池组，而且不必要 在面罩100上的任何其他元件也都可以与面罩100分离而携带，例如在背 包、挎包等中。因此，例如，任何移动电话、AM/FM收音机、对讲机或 护目镜信息接收器都可以与灭菌室110一起封装并在背包中携带。
本发明在确保有效破坏有害的有机物质的同时设法节约电力。为了 节约电力，用流量计144监控经过室110的空气流量，流量计144可以 是机械挡板、跨文丘里管(venturi)的压力传感器、风速表或质量流量 计。由MKS Instruments生产的质量流量计元件实质上包括线环，通过使 电流流过该线环而将其加热，并且监控它的电流的变化以便维持线环的 大致恒定温度。因此，引起更强的冷却的更快的空气流需要更大的电流 来维持所述环的温度，从而提供测量空气流量的简单方法。应该理解， 周围温度变化会影响质量流量计的读数。因此，本实施方案使用第二质 量流量计145，该第二质量流量计145暴露于相同的周围温度但被置于壳 体之内以避免暴露于空气流，由此用作控制装置。因此，两个流量计之 间的读数差将表示流量的变化。以微处理器146的形式的控制器146被 连接到传感器或流量计144，以便监控室110内的空气的剧变并且调节紫 外线剂量。通过调整辐射源来调整室110内的空气被照射的紫外线辐射 量。在一个实施方案中，依照微处理器146所定义的工作循环，一排紫 外线LED或一个紫外线LED阵列被接通和切断。另外，在另一个实施 方案中，微处理器146控制在一排LED或一个LED阵列中的某些或全 部的LED的强度。在又一个实施方案中，微处理器146选择需要接通的 LED的数目以适应流量的变化。应该理解，可以实现两个或更多这种对 LED的供电变化的组合。
图1还示出设置在室110的进气口152处的过滤器150。过滤器150 减少了进入室110的活的微生物或病原体的绝对数量，并且可以具有毛细 管特性或吸收特性以帮助减少进入灭菌室的空气中的水蒸汽量，从而使得 紫外线源更有效地杀灭气体中的病原体。过滤器150也减少了进入室110 的微生物、粉尘或霉菌，从而减少了落在室的反射内表面上并损害反射内 表面的反射质量的污染物。因为紫外光能增加臭氧(O3)和一氧化碳(CO)的 产生，本发明设法监控和限制臭氧和一氧化碳的水平。可以通过光学滤除 一百八十五纳米(185nm)紫外线来限制臭氧的产生。例如，飞利浦生产一 种汞蒸汽灯，这种汞蒸汽灯通过提供掺杂钛的玻璃(型号219或230)来提供 上述过滤。可以通过提供用于与一氧化碳化学反应生成二氧化碳(CO2)的二 氧化钛层来降低一氧化碳水平。为了避免一氧化碳催化剂物质干扰在室 110内的反射涂层物质，一氧化碳催化剂优选地被设置在诸如输送管120 或在出口154附近的室110的一部分的独立区域内。
然而，室110的另一部分可以被涂上例如二氧化钛(TiO2)的催化剂层， 其促进碳化合物在紫外光下的分解，从而提高了器具的杀菌效果。
本发明进一步包括分别用于监控室110内的臭氧水平和一氧化碳水平 的传感器160、162。来自传感器160、162的信号可以被发送到视觉显示 器。优选地，包括音响警报，如果一氧化碳或臭氧水平超过预定水平，音 响警报用于通知使用者。在一个实施方案中，也包括电池电量监控器，以 便监控电源142的电池组内的剩下的电池电量，并且如果电平降到预定的 最小电量以下，则通过视觉和听觉警报两种方式通知使用者。如以上所讨 论的那样，这个实施方案也包含紫外辐射传感器172，以检测紫外线产生 的故障。传感器172和其它可能的紫外线传感器也用于监控紫外辐射，并 且允许调整以达到足够的剂量而不产生过多不需要的副产品。因为辐射源 的效果受湿度条件影响，本实施方案包含连接到控制器146的湿度传感器 192，用于按照湿度变化控制紫外辐射量。
如图1所示，面罩130还包含便于通信的麦克风180。为了允许使用 者容易地使用移动电话，移动电话扬声器182被包含在面罩130中，并被 连接到或可连接到移动电话扬声器/耳机184。在这个实施方案中，面罩100 还包含被连接到对讲机扬声器188的对讲机麦克风186，以便于和其他工 作人员通信。灭菌室110还包含AM/FM收音机，以允许使用者收听公告 和娱乐频道。
在图2中示出本发明的另一个实施方案，其中室200具有波状通道而 不是直线通道，以促进在入口202和出口204之间的湍流。这确保增加了 空气在室的表面暴露，从而增加了一氧化碳催化剂的效果。应该理解，在 设置有一氧化碳催化剂的室的区域(事实上，可仅限于这个区域)中，波 状的室构型特别重要。
图3示出本发明的又一个实施方案，其中在灭菌室内设有挡板300， 从而在入口304和出口306之间又提供了湍流空气。
在图4中示出又一个实施方案。其中，所述室被分成狭窄通道400， 其中每个通道均有紫外线LED410，从而确保室内的空气更均匀地暴露于 紫外线辐射。
在图5中示出面罩和灭菌室的备选配置，其中面罩500通过柔性输送 管502连接到头盔安装式灭菌室(helmet-mounted kill chamber)，其被安装 在头盔上或与头盔整体形成。在这个实施方案中，灭菌室整体形成在头盔 504中。应该理解，在另一个实施方案中，所述室可以只被连接到例如自 行车头盔的头盔的外表面上。
应该理解，电池组可以被连接到使用者的腰带、或依附到使用者的胸 部的位置、或像小包那样挂在使用者的肩部、或像背包那样背在使用者背 部上、或如下面进一步相对于图16-17所讨论的那样在臀包(腰包)装置 中被置于使用者臀部的位置，而不是被装到头盔504内。
在图6中示出本发明的又一个实施方案的一部分，其包括由柔性电连接 器604连接到电源602的紫外线壳体或灭菌室600。在这个实施方案中，电 源602包括被装在壳体606内的几个电池(未示出)。在这个实施方案中使用 八块产自三洋的锂离子电池，产生14.4V和64瓦小时，重400克。在另一 个实施方案中，十二块例如HR-4/3 FAU 4500的镍氢(NiMH)电池在该实施 方案中使用。这些电池中的每个产生4500毫安小时，总计为54瓦小时。 因此，对于大约5瓦的灯、1瓦的空气流泵和0.2瓦的支持电子设备，这个 实施方案的电源在电池需要再充电之前将提供大约8个工作小时数。这些电 池的直径为18毫米，长约67.5毫米，因此在一个实施方案中允许通过把一 组三排、每排两块电池放置在第二组三排、每排两块电池上来将它们封装到 大约为135mm×36mm×54mm的壳体606内。应该理解，其他配置和其他 类型的电池可以用作电源602，例如产自三洋的NiCd kRF 7000F电池或 HR-4/3FAU4500电池。在又一个实施方案中，用于提供总计115.7-124.6瓦 小时的13-14个由三洋制造的8.9瓦小时的UR 18650 F电池被用来给9W的 汞蒸汽灯供电。然而应理解，可以使用包括发电机和再充电器在内的其他电 源，例如110-120V或220-240V壁上插座、直流汽车插座、到艇、船、航 空器或火车的电源的交流或直流连接、光电池或电池阵列或发电机，其中发 电机由风、天然气、丙烷、汽油、柴油、酒精、蒸汽或通过人力或畜力提供 动力，例如，利用自行车或者利用自行车的踏板机构。
在图6的实施方案中，灭菌室600的壳体由4.125英寸长、2.5英寸 内径、3毫米壁厚的铝管或圆柱体608构成，优选地其内表面被抛光以提 供高度紫外线反射的内表面。管608甚至可以由化学汽相淀积(CVD)工艺 处理以将对紫外线的反射率提高到大约95％。除了其结构完整性之外，铝 也为紫外线灯670和电子设备产生的热提供了良好的热导体，这在下面进 一步讨论。通过装有端塞(end plug)610、612，管608界定了一壳体。端 塞610被塞进管608的上端。所述管也容纳可拆卸的过滤器组件616，其 连同端塞610一起也被称为端帽。管608在其外表面上部设有用于互补地 啮合过滤器组件616的外螺纹。过滤器组件包括由过滤器帽618界定的过 滤器壳体，其具有侧壁620，侧壁620带有啮合管608上的外螺纹的内螺 纹。过滤器帽618容纳过滤器622并由底板624封闭。过滤器帽618具有 大量的小孔或空气流通道626，而底板624设有六个0.65英寸直径的孔 628。在这个实施方案中，过滤器622是相当于N95 3M NIOSH标准的0.3 微米颗粒过滤器。
参考在图7中示出的灭菌室的顶视图，可以最好地理解上端塞610。 塞610由抗紫外线材料制成(例如，由General Electric制造的Xylex材料 X8210或X7110)。其界定了在中心孔632处连接在一起的多个径向流通道 630。孔632和通道630允许在灯670破裂的情况下把来自汞蒸汽灯670 的汞蒸汽排出灭菌室。如下面进一步所讨论并如图6所示，灭菌室包括以 汞蒸汽灯670的形式的紫外光源和保护灯670的熔融石英套筒678。套筒 678通过插入中心孔632由上端塞610支撑在适当的位置，如图6所示， 中心孔632只部分地延伸穿过塞610。然而，塞610设有六个0.65英寸直 径的孔642，孔642完全穿过塞610，并与在底板624中的孔628对齐， 以便空气流入环绕套筒678的灭菌室。底端塞612支撑空气消毒器具的电 子设备，所述电子设备包括整体由参考数字650指示的控制器或处理器、 调压器和传感器电子设备。在这个实施方案中，塞612包括其上安装有所 述电子设备的印刷电路板(PCB)。PCB也支持光电探测器662，其中光电探 测器662用于检测波长大于400nm(可见光)的存在，从而指示外部光透过 灭菌室，并指示灭菌室易产生紫外辐射泄漏。如下面更详细讨论的那样， 还提供音频报警设备664以产生对各种传感器条件的听觉反馈。具有插脚 669的电连接器插头668被安装到端塞612中以连接柔性电连接器604。 如图6所示，大体上沿着管608的纵轴安装的紫外线灯670用电气引线672 电气连接到连接器插头668的插脚669。
灯670提供大约8W的输出和253.7nm的波长。在本例中，产自飞利 浦的G23-2插脚灯(PL-S5W/TUV)被安装在抗紫外线的塑料板674上，该 插脚灯是具有1W输出的5W的灯。灯670设有镇流器676。导线678从 功率控制器延伸到镇流器676。如在所述器具沿着图6的线A-A截取的剖 面图(图8)中所更清楚示出的那样，被粘合到管608中的板674包括多 个孔676以提供空气流通道。灯670受紫外线透明管保护，在本例中，紫 外线透明管是熔融石英套筒678，其围绕灯670，并被固定在塞610和塑 料板674中的环形槽672之间，以界定与围绕套筒678的气流区域分离的 灯壳体。本实施方案的套筒678的壁厚是3毫米，在这个实施方案中，灯 670和套筒678都是由219或230型制成的，因此包含钛以消除产生臭氧 的185nm光线。其他的实施方案只在汞蒸汽灯或石英套筒中使用219或 230型。为了确保汞蒸汽灯或石英套筒内没有还未经钛处理的点或区域， 本发明提出用钛添加到灯和石英套筒的其中之一或全部。通过CVD或通 过把钛掺杂到蒸汽灯或石英套筒或两者内(例如通过离子注入)，将钛层 添加到蒸汽灯或石英套筒或两者上，可以实现这一目的。
如图6所示，灭菌室600还包括被提供为环形塑料盘的挡板679，以 加速流过灭菌室的湍流空气流动。环形塑料盘679的厚度是0.7英寸，具 有直径为1.75英寸的中心孔。
为了将灭菌室600和面罩连接起来(相对于图9所进一步讨论)，铝管 608在其壁上具有孔，并带有向外伸出的法兰682，其中法兰682用作用 于连接通向面罩的软管的软管连接器。在使用期间，通过过滤器帽618内 的开口或孔626、通过过滤器622、通过底板624中的通道628并通过上 端塞610内的孔642，空气被抽入围绕石英套筒678的壳体或室600内。 然后，空气被来自灯670的紫外光照射，并通过通向使用者的面罩的软管 连接器682离开所述室。软管连接器682包括速拆接头(quick disconnect)， 用于通过按压在所述连接器对边上的两个蝶片或按钮(未示出)来释放软 管而容易地把软管和所述室分离开来。
如图6所示，各种传感器被安装在管608的内壁上。这些传感器包括 用于感测灯670是否放出紫外线以及放出多少紫外线的、呈现光电探测器 684形式的紫外线传感器、用作热电阻线气流传感器的热敏电阻686、臭 氧传感器688、一氧化碳传感器690、用于测量器具的可能会对其造成损 坏的任何有害振动或下落的加速度计692。各种传感器被电气连接到控制 器或处理器650以监控各条件，并且，如果没有满足预定条件就通过音响 报警器664提供听觉反馈。例如，查阅表可以预定适当的工作范围，控制 器或处理器(可以是微控制器)可以监控传感器，并将传感器信号和预定 值或范围进行比较，以便在没有满足预定值或范围时就发信号给报警器。 例如，音响报警器664可以包括诸如蜂鸣器或话音发生器的音响输出发生 器。除了音响报警器之外，例如呈LED形式的视觉报警器可以被固定到在 其中装有灭菌室的外容器或壳体。
在图12中示出电子设备的一个实施方案的方框图，其包括微控制器、 传感器、微控制器的电源控制电路、空气泵(如关于图8所更详细讨论的那 样)和图6实施方案中所使用的汞蒸汽灯。如图12所示，这个实施方案包 括电池监测器和充电控制器芯片，以避免对用作器具的电源的电池组内的 电池过度充电。
图9示出带有其电源602的器具600经由柔性管或管902连接到面罩 900，在这个实施方案中，柔性管或管902是直径为5/8英寸的塑料管。然 而，管的直径和长度优选地被调整为适应孩子、女人和男人中存在的大小 差异、呼吸量和呼吸频率的差异。面罩900仅仅覆盖了使用者的鼻子和嘴 巴，并包括用于允许把所呼出的空气排放到大气中的止回阀910。面罩900 上用于连接软管或管902的连接器或法兰包括速拆接头，其需要按压所述 连接器对边上的两个蝶片或按钮(未示出)以释放软管902。所述连接器还包 括止回阀912，它装有弹簧以使所述阀912偏向闭合位置，使得当使用者 呼气时所述阀912被关闭，确保富二氧化碳空气被排放到大气中而不是倒 流到器具600内。如图8所示，器具600还包括空气泵920，在这一例子 中，空气泵920是小型隔膜空气泵，其在一个大气压(14.7磅/每平方英寸) 下提供4至6标准升/每分钟(SLM)。泵920具有输入管922，其通过法兰 682的壁上的孔进入铝管608中的软管连接器或法兰682中。借助于管924 穿过法兰或软管连接器682的壁、沿着管902的内表面延伸穿过阀912进 入面罩900内，从泵920的输出被连接到面罩900。在另一个实施方案中， 为了避免妨碍阀912，软管924可以在管902的顶端附近从管902穿出然 后进入面罩内。在这个实施方案中，泵920是低压泵(例如0.5到1.0英寸 水柱)，其仅仅用来协助使用者呼吸，不足以打开到面罩900的阀912。 在另一个实施方案中，泵920是较高的压力泵(例如1到2英寸水柱)，其 不但协助呼吸过程，而且强制阀914打开并在面罩900内产生正压，以对 未经处理的空气沿着面罩外围进到面罩900中提供额外的预防措施。更高 流量的泵也确保通过灭菌室的稳定的流量。应该理解，通过适当地选择管 902的直径和长度，隔膜泵820可以任选地被完全除去，从而减少成本和 功率消耗。还应该理解，通过如图9所示的方式连接泵，即使泵发生故障， 自然的空气流也不会受限。
本发明还提出包括通到灭菌室、面罩的端口或连接器，或者连接软管 或连接管，用于引入诸如吸入剂、喷雾器、雾化药物的外部物质。一种类 型的连接器是通常以泵动作分配者而著称的泵罐接受器。例如，在图9中 示出泵罐连接器950。
为了提供可用于乡村或不容易获得电源或充电设施的地方的器具，一 个实施方案包括例如手摇发电机的手动操作电源，这一手动操作电源可以 为一组电池充电，或直接给紫外线源和其他电子设备供电。这样的手摇发 电机通常被用于诸如便携式收音机和手电筒等装置中。
在图9的实施方案中，面罩900仅仅覆盖了鼻子和嘴巴，使用者通常 戴着防护眼镜或护目镜以保护眼睛。在图10示出的另一个实施方案中， 面罩组件1000包括护目镜1002，其具有防刮的塑料透镜并设有紫外线涂 层，从而允许使用者进入紫外线消毒室而不用担忧损害他或她的眼睛。为 了避免器具使用后对使用者的后续污染，部分或全部面罩和护目镜可以被 制成用完即可丢弃的、或可以由防紫外线材料制成、或由防紫外线涂层覆 盖，以容许在紫外线消毒室中消毒面罩和护目镜。相反，如果打算借助于 例如漂白剂(例如，次氯酸钠)的化学试剂消毒面罩和护目镜，所述面罩和 护目镜可以由耐受此类化学试剂的材料制成。
在图11中示出的又一个实施方案中，面罩1100同样仅仅覆盖了鼻子和 嘴巴，但在这个实施方案中，系统包括护目镜1110，其中护目镜1110密封 到使用者的脸部，并设有单独的空气管1112，空气管1112由空气泵供气， 例如由隔膜泵920或由输送紫外线处理过的空气的单独的空气泵供气。
尽管图6的实施方案使用汞蒸汽灯670，不过紫外线源也可以由如图 13-15所示的LED提供。例如，在一个实施方案中使用主波长为265nm 的InAlGaN LED。所述源在计算例如杀灭禽流感所需要的精确辐射量时稍 微改变。一种方法是基于破坏DNA或RNA所需要的单位面积能量。使 用这个方法，需要6600μWsec/cm2实现所期望的对DNA或RNA的破坏。 通常，一个静止的成年人每分钟呼吸10次，因此每次呼吸提供了6秒的 室时间(chambertime)(假定流量不受空气流泵控制)。提供1.0瓦紫外辐 射的管状光源同心地位于长为16cm、直径为8cm的管内，因为管壁的表 面积为804cm2，所以所述管状光源在圆柱壁面提供了1/804＝1243μW/cm2 的辐射强度。这一强度在六秒内对于每次呼吸将在壁上提供7458 μWsec/cm2的辐射剂量。因而，1.0W输出将提供大约7460/6600＝1.13的 杀灭安全系数。这一计算低估了平均剂量水平。由于离灯泡越近辐射强度 越大以及壁对辐射的反射，平均剂量将会更高。例如，如果95％的辐射由 壁反射，那么在壁上的平均剂量将至少是7458*1.95即14543μWsec/cm2， 或者安全系数至少是2.2。LED将会产生1mW的输出量。因而，如果LED 被排列为圆筒形阵列，所述源将需要大约1000个LED来提供以上所考虑 的1.0W输出。如果认为大约1.0的安全系数就足够，或者如果使用直线阵 列以使得LED照射出长的反射光路，那么少得多的LED也将满足需要。 每个LED 40mA，1000个LED将抽取40A的电流，并且在6V下将会需 要大约240W的功率。也应该理解，当使用紫外线LED时，对加速度计 监控冲击的需求将不太重要，其中所述冲击可能损坏例如汞蒸汽灯的非 LED的紫外光源。如图13所示，在这个实施方案中，一组LED 1400被沿 着矩形壳体1300的一个或多个内壁安装。矩形壳体1300的两个主要侧面 1310由在图14和15中所示出的双层铝片1410制成，双层铝片1410安装 在形成所述壳体的窄侧面的防紫外线塑料板1320的槽中。所述壳体的末 端1330也由防紫外线塑料制成，并且也把铝板1410容纳在槽内。如图14 和15所示，紫外线LED 1400被安装在外铝板1410和内铝板1412之间的 杯状物1420中，内铝板1412被抛光，并设有暴露杯状物1420的孔。
如以上所讨论的那样，可以在腰包或臀袋中携带灭菌室和电源。在图 16-17中示出此类腰包配置的两个实施方案。图16示出被容纳在腰包1604 内的构成电源的双电池组1600，以及双灭菌室1602。灭菌室和电池组的 双重性对其中一个部件出现故障的情况提供了冗余。另外，电池组1600 和灭菌室1602两者都由环形泡沫盘1610保护。泡沫盘1610也用来把电 池组1600和灭菌室1602与腰包的壁隔开，以使得空气流更好地通过电池 组和灭菌室。借助于连接到腰包的内壁的弹性带1670，电池组和灭菌室 相对于腰包壁固定。通过在腰包1604的相对侧面上提供孔并借助于托架 1630安装室1602，灭菌室1602使其空气输入端与外部流体相通。在这个 实施方案中，电池组1600由来自具有风扇的两个微型电动机1640的冷却 排气供应管道冷却，其中微型电动机1640被安装在两个直径2英寸的塑 料支柱1662之间。图16的实施方案还包括由灭菌室电子设备的控制器控 制的关闭阀1650。在汞蒸汽灯破裂的情况下，即，如果紫外线探测器没 有探测到特定紫外线灯的紫外辐射，阀1650关闭通往面罩(未示出)的管 1652。同样，如果检测到故障或紫外辐射不足，例如，如果紫外光电探测 器在灭菌室的其中之一或两个中没有检测到紫外辐射，或者辐射水平降到 预定水平之下，可以开动警报器。如上所述，警报条件可以在视觉上和听 觉上识别。在这个实施方案中，LED1660被安装在腰包上，以便给使用 者提供视觉警报信息。在这里，提供了几个不同颜色的LED，以便提供 不同类型的信息。例如，可以为灭菌室提供绿色的、琥珀色的和红色的 LED，以分别指示单元可以使用、或者泵已停机、或者没有产生紫外线。 同样，可以为电池组提供绿色的、琥珀色的和红色的LED，例如以分别 指示电池组被充分地充电(剩余时间超过1/2小时)、或剩余时间少于1/2 小时、或剩余时间少于5分钟。至于关闭阀，应该理解，在紫外光源是由 一组紫外线LED提供时，关闭阀1650并非必需。同时，通过以可分离连 接的方式在管1652和面罩之间提供作连接，并提供带有快速释放连接器 的连接(例如将可按压的蝶片相对地放置在连接器上)，在关闭阀1650 被关闭的情况下，所述管可以容易地移除。在一个实施方案中，腰包包括 袋或维可牢尼龙搭扣(Velcro patch)，其用于固定搭锁式颗粒过滤器，一 旦管1652被移除，通过使用类似的快速释放连接器，该颗粒过滤器可连 接至面罩。本发明的一个特征是提供快速释放连接器，例如上面所描述的 可按压蝶片或可按压按钮连接器或者允许灭菌室、输送管、面罩和过滤器 易于分开的其他连接器，从而界定了允许部件互换或替换的模块化器具。 在图16的实施方案中，腰包1604的顶部和侧面由防水材料制成，用于在 汞蒸汽灯破损的情况下帮助容纳任何汞蒸汽。然而，腰包1604设有网状 底部，以帮助空气循环以及冷却电池组1600和灭菌室1602，并向灭菌室 提供可见光，从而允许光电探测器662(图6)监控进入所述室的可见光， 这将会指示构成紫外辐射危害的泄漏。
在图17中示出腰包配置的另一个实施方案。在这个实施方案中，没 有显示出冗余性，但电源1700和灭菌室1702同样被平行安装。电池组1700 和灭菌室1702由环形泡沫圆盘1710保护。泡沫盘1710也用来使电池组 1700和灭菌室1702与腰包的壁隔开，以使空气流更好地通过电池组和灭 菌室。借助于连接到腰包的内壁的弹性带1770，电池组和灭菌室相对于腰 包壁固定。通过在腰包的相对侧面上提供孔并借助于托架1730安装室 1702，灭菌室1702使其空气输入端与外部流体相通。在这个实施方案中， 电池组1700由来自具有风扇的微型电动机1740的冷却排气供应管道冷 却，其中微型电动机1740靠近塑料支撑物1762安装，塑料支撑物1762 直径为2英寸，且充当电源和腰包之间的间隔器。图17的实施方案也包 括由灭菌室电子设备的控制器控制的关闭阀1750。在汞蒸汽灯破裂的情况 下，即，如果紫外线探测器没有探测到特定紫外线灯的紫外辐射，阀1750 关闭通往面罩(未示出)的管1752。同样，如果检测到故障或紫外辐射不足， 例如，如果紫外光电探测器在灭菌室的其中之一或两个中没有检测到紫外 辐射，或者辐射水平降到预定水平之下，可以开动警报器。如上所述，警 报条件可以在视觉上和听觉上识别。在一个实施方案中，电池组1700被 制成可从器具的其他部分拆卸下来，以允许用新的电池组替换。在另一个 实施方案中，在组合件中的电池被配置为易于接近和以滑动接触方式安装 在组合件内，以便易于移除和更换在电池组1700的组合件内的电池。另 外，在一个实施方案中，提供接入电池的电缆，用于当使用者没有走来走 去时，在任何适当的电源插座上给电池充电。
尽管图9的柔性连接器软管902是圆形横截面的软管，但是本发明也 提出了其他的实施方案。例如，可以改用低剖面矩形的、不可折叠的、然 而柔性的空气管路。这种空气管路可以被穿在衣服下面并连接到面罩的侧 面，以减少阻碍。
为了保护紫外线LED以防紫外光的背向反射，在图18中示出的本发 明的一个实施方案包括覆盖LED1802的偏振玻璃透镜1800，其中LED1802 被固定到灭菌室壳体壁1804上。与图14的实施方案一样，LED1802被容 纳在杯状物1806内，其中杯状物1806被安装在内铝壁1808的孔中。在 这个实施方案中，除了高度反射涂层1810(其将在下面更详细地讨论)之外， 内铝壁设有透紫外线的高折射率涂层1812。这具有使入射紫外光偏离表面 法向的效果，从而通过以比光到达的角度更大的角度反射光来增加反射效 果。
在图19中示出保护LED以防紫外光的另一个实施方案，其中偏振的 透紫外光的管1910(在这一例子中，是玻璃管)把安装在铝壳体壁1902上的 LED1900与空气流室1904分离开来。
因为光功率密度随着到点光源的距离的平方而减少，对于例如线性圆 柱形管的阵列形式的光发射器，光功率密度随着1/d而减少，为了得到最 大的杀菌性能，有必要使在灭菌室的空气流尽可能近地通过紫外光源以确 保生物污染物暴露于充足的光功率。在图20中示出在灭菌室具有中心汞 蒸汽灯的情况下用于实现这个目的壳体的一个实施方案，其中图20示出 了非圆柱形的壳体。沿着汞蒸汽灯2000的长度，壳体2002具有窄小的或 缩窄的部分2004以确保空气流贴近汞蒸汽灯2000。
在图21示出的另一个实施方案中，通过将围绕紫外线灯泡2104的环 形挡板2102包括在内，使圆柱形的壳体2100适合于提供缩窄。
在使用紫外线LED作为光源的灭菌室的情况下(如图19示出的实施 方案)，通过将如图22所示出的中心挡板2200包括在内，确保空气流贴 近光源。
尽管本发明的灭菌室的上述实施方案已经讨论了使用泵将空气流提 供或补充到面罩，不过可以改为通过使用如图23所示出的风扇或鼓风机 来提供空气流。在一个实施方案中，使用离心式鼓风机，尤其是从Jameco 可得到的产自Sunon(www.sunon.com)的GB1205PKV1-8AY。在图23中， 以简化形式示出并一般地由参考数字2300描述的灭菌室。尽管示出汞灯 泡2302和挡板2304，但为了简单起见，省去了过滤器帽细节和灯泡连接 器。在这个实施方案中，风扇或鼓风机2310被设置在壳体2312内，其 中壳体2312与灭菌室2300的内部和软管2320流体相通，软管2320通 向面罩(未示出)。按照上面所提供的界定，风扇可以被直接地安装在壳体 2312内或可以包括其自己的壳体，从而界定了安装在壳体2312内的鼓风 机。
在这个实施方案中的鼓风机或风扇2310被实现为恒定的流量装置， 其中不管使用者是吸气还是呼气，流量大致保持恒定。所述恒定的流量装 置包括控制阀，控制阀可以仅仅是实现所需要的流量的机械调节阀如手动 蝶形阀或闸阀，但是在这个实施方案中控制阀是电控制阀2320，并由从流 量传感器(例如，基于文氏管)获得的信号控制。
如图24所示，鼓风机或风扇2400可以改作实现为恒定压力装置，其 中流量随着使用者吸气或呼气而变化，但是压力被调整以维持大致恒定压 力。通过测量在单向阀后面的压力，例如，通过使用固态压力传感器2404 来电子测量在止回阀2402后面的压力，然后通过改变到风扇或鼓风机2400 的电流来改变由风扇或鼓风机提供的空气流量可实现上述目的。这种恒定 压力装置不但可以被用于控制风扇或鼓风机，而且可以用于控制由泵(其通 常使用大约11W来产生20标准升每分钟(SLM))提供的空气流量。相比之 下，风扇或鼓风机只使用大约1-2W来产生80(SLM)。
可以通过改变电控制阀或闸门机构的位置调整流量来获得恒定压 力，而不是控制风扇或鼓风机或泵的电流，其中所述电控制阀或闸门机 构在此被称为控制阀如蝶形阀或闸阀等，其位于输送管中，或者位于风 扇、鼓风机或泵的输出侧，或者位于面罩的入口处。在图24中示出并由 参考数字2410描述了安装在灭菌室的输出端的这样的一个阀。在另一个 实施方案中，所述阀被安装在输送管本身中。所述阀可以包括掣子 (latch)，例如磁性掣子，以减少所述阀的电功率消耗。然而，应该理解， 如果仅仅使用例如阀2410的电致动阀来维持恒定压力，鼓风机、风扇或 泵可能由于鼓风或泵风超过所需而浪费能量，并且产生入口空气的过大 压力。因此，控制鼓风机、风扇或泵的电流是可取的。作为优选实施方 案的模块化性质的一部分，压力传感器优选可拆卸地连接。简单起见， 在另一个实施方案中，可以通过使用如图25所示出的机械闸门机构或控 制阀2500(例如，在规定压力下打开的装有弹簧的阀)来实现本发明， 而不是使用电子控制闸门机构或控制阀2402。优选地，受控泄漏设置到 面罩内，以确保例如0.5SLM的正压力。通过分别地在阀2402或2500 内形成孔2412或2502，可以实现受控泄漏。实现恒定压力的一个好处 是在低流量期间(例如，在呼气期间或较低的使用者活动度期间)，进入 室的任何有害生物物质例如病毒继续被辐射更长的时段。应该理解，在 如果紫外线灯破损时控制阀也充当关闭阀的实施方案中，控制阀没有孔 2412、2502。相反，除了在探测到紫外线灯破损时之外，控制阀只是被 控制为一直保持轻微地开着。
在图35中示出依照本发明的灭菌室的另一个实施方案。灭菌室3500 包括由两个半边3502制成的铝壳体3501，其具有向外伸出的法兰3504。 在这个实施方案中，使用具有紫外线反射涂层的0.1英寸厚的铝片来制造 铝半边，所述紫外线反射涂层包括0.5-1μm厚的喷涂的A1以及在喷涂期 间使用摇移器形成的0.5μm厚的SiO2。使用抛光的钢工具和模具将铝片压 成形。在这个实施方案中，法兰设有用于容纳互补螺纹螺钉的内螺纹孔 3506。应该理解，所述孔可以改为具有光滑的内表面，此时两半边可以被 螺拴和螺帽结合在一起。此外，在对置法兰之间提供高温真空密封剂或胶 以确保气密密封。壳体的顶端被盘3510部分封闭，在这个实施方案中， 盘3510是由具有250-270nm波长高反射率涂层的Pyrex介质叠层制成。 盘3510包括界定室3500的空气入口的中心孔3514。在这个实施方案中， 盘3510由General Electric(GE)制造的防紫外线塑料环3512固定在适当的 位置，所述防紫外线塑料环延伸超出铝室壳体的边缘大约0.125英寸，以 界定在下面所更详细讨论的空气空间。环3512沿着其上表面设有外螺纹， 以接纳在下面所更详细讨论的过滤筒。环3512的塑料具有防紫外线和不 吸水的优点。
在这个实施方案中的过滤器包括环状或油炸圈饼形的N100过滤筒， 该过滤筒包括由GE防紫外线塑料制成的塑料帽3522。帽3522支撑中心 环状过滤元件3520。而环状过滤元件3520的中心部分被中心圆形塑料盘 3524封闭，其中，中心圆形塑料盘3524在其下表面具有MgF2或其他反射 涂层3525。
帽3522包括侧壁3526，侧壁3526具有内螺纹，该内螺纹通过啮合所 述室的壳体3501的外表面上的互补的螺纹，允许侧壁3526被拧到所述室 的壳体的顶端。塑料环3512在其外部上表面也具有用于啮合帽3522的侧 壁3526上的螺纹的槽。一旦被连接上，由于环3512在铝壳体的边缘上面 伸出，帽3522界定了在其本身和盘3510之间的间隙或空间。因此，穿过 过滤器3520的空气通过这个间隙达到空气入口3514。
然后，空气进入室，在这个实施方案中，所述室具有0.86升的容积， 并具有平均紫外线反射率为90％的、380cm2的表面。这个实施方案的汞蒸 汽灯3530是5W或9W的单连接器UVC灯泡，其中185nm的光线被抑 制。灯3530的下端被1.25英寸直径的SiO2套管或管3532环绕，套管或 管3532厚1-5nm并具有500-3000埃厚的铝涂层。管3532被支撑在支撑铝 盘3534的防紫外线塑料盘3535内形成的槽中，该管3532也可以由其他 反射材料制成，例如引导紫外线射线的经抛光的铝。用高温密封剂将套管 3532固定在槽中。
铝壳体3501的下端用塑料帽3540封闭，其中塑料帽3540由具有0％ 吸水的GE防紫外线塑料制成，并具有用于容纳灯3530的中心孔。垂直延 伸的孔3548也形成在塑料帽3540和铝盘3534中，以将空气从室引导到 在塑料帽3540和壳体3501的壁中形成的水平延伸的孔3550。
在图36中示出本发明的灭菌室的又一个实施方案，其使用其中空气 入口和出口两者都形成在相同的端3602中的壳体3600。如同在前面的实 施方案中，这一实施方案的灭菌室由两个区域制成，使用工具和模具把0.1 英寸的压制的铝制成半圆柱，从而制成这两个区域。为了便于描述，在这 个实施方案中没有示出法兰。然而，在这个实施方案中的灭菌室被通过围 绕双连接器6W UVC灯泡3610的石英管3604分成同心通道。空气经由 连接在空气入口孔3606上的过滤器帽(未示出)进入空气入口孔3606。空气 接着向上穿过外通道3620、越过管3604的顶部、向下穿过内通道3622， 从而允许空气非常接近紫外线灯3610移动。如图36所示，外通道在壳体 下端被环状铝盘3640覆盖，铝盘3640由环状塑料帽3642固定在适当位 置。这使得沿内通道3622下降的空气进到由塑料帽3652界定的出口室 3650内。在帽3652内的孔3654容纳鼓风机(未示出)，以将空气推动经过 灭菌室并沿着输送管(未示出)到达面罩(未示出)。另一方面，壳体3600的 上端由环状塑料帽3660封闭，环状塑料帽3660连接到壳体的铝壁，并设 置有第二内壁3662，以支撑石英管3604，同时在所述帽的外壁和内壁3662 之间维持空气通道3663。内壁3662在其下表面设置有反射灯3610的紫外 光的紫外线反射铝盘3664。为了允许空气从外通道3620流到通道3663， 内壁3662和铝盘3664设置有孔3667。于是，空气从通道3663经过在内 壁3662中形成的孔3669到达内通道3622。
在图37中示出本发明的又一个实施方案。这个实施方案的壳体包括 截头圆锥形区域3702，该截头圆锥形区域3702由抛光的铝制成，并容纳 有汞蒸汽灯3710。所述壳体进一步包括也由抛光的铝制成的圆柱形区域 3704。灯3710用塑料环接头3712固定，环接头3712由防紫外线塑料制 成。第二环接头3714连接区域3702、3704，并支撑SiO2透镜3720，SiO2 透镜3720将灯3710发出的紫外线光束向高强度区3730聚焦。所聚焦的 光束由参考数字3732指示，高强度区包括在防紫外线塑料塞子3742中形 成的孔或通道3740。选择孔3740的深度，以便当带有病原体的空气流过 孔3740进入室3700内时，由聚焦的紫外光束向病原体提供足够照射。在 这个实施方案中，孔3740的直径是1cm。室的顶端被过滤器帽组件3750 封闭，其中过滤器帽组件3750包括被固定在塑料帽3754中的过滤器3752。 帽3754车有螺纹，以啮合在塞子3742的外表面上的互补螺纹。为了将紫 外光反射回去，抛光的铝盘3756被安装在过滤器组件3750和塞子3742 之间。沿着铝盘3756的外围形成孔，以允许空气从过滤器进入到孔3740。 然后，空气沿着灭菌室的区域3704向下移动，并穿过透镜3720中的孔 3760。空气沿区域3702向下移动，并经由在区域3702壁上形成的孔3780 离开灭菌室。为了确保良好的反射，这个实施方案还具有连接在塞子3742 下表面的抛光的铝盘3790。可以选择过滤器的性质，以限制紫外光源所要 杀灭或破坏的特定生物病原体的群集或凝块。通常，使用能够过滤0.1μm 直径或更小的病原体的过滤器。高强度区3730的用途是处理对紫外辐射 有高抗性的生物污染物。尽管在这个实施方案中高强度区被界定在输入 端，不过它也可以被界定在壳体的输出、或壳体中的任何其他位置、或壳 体的上游或下游。如上面所描述的那样，透镜3720充当将光束聚焦到高 强度区的紫外线光束放大器。所述光束放大器通常包括由高透射率材料 (在这一例子中是二氧化硅)制成的透镜。可以使用产生高强度紫外光脉 冲的紫外线激光器或闪光灯(例如，由Perkin Elmer生产的氙闪光灯或氙- 汞闪光灯，如RSL3100)或其他能量源来代替紫外线汞蒸汽灯。在这样的 例子中，光束放大器仍然可以与紫外线激光器或闪光灯一起使用。在闪光 灯的情况下，孔的深度被选择为确保没有被暴露于至少一个脉冲的空气不 会完全通过所述孔。上面所描述的用于供应空气的系统可以是便携式的， 并可以由一块或多块可更换的或可再充电的电池供电，例如锂离子电池。
在图38-44中示出本发明的进一步实施方案。图37-44的实施方案涉 及与面罩一起使用的便携式装置。因而，它们每个被用来为特定的使用者 提供消毒的空气。然而，按照本发明，提供高强度区的概念也适用于其他 空气消毒系统，例如在建筑物、飞机、船、火车等的风道中的紫外线消毒 器，其中在高强度区将较高强度辐射提供到特定的区域。
特别地，图38的实施方案不仅对经由面罩(未示出)供应给特定使用者 的来自从大气的空气提供消毒，而且对使用者呼出的空气提供消毒。灭菌 室3800包括SiO2透镜3802，其充当光束放大器，将来自5瓦(输入功率) 的飞利浦UVC灯3804的0.8瓦聚焦在通过7毫米直径的孔3806流进室 3800内的输入空气流。孔3806形成在SiO2盘3808中，并界定灭菌室的 第一输入端，盘3808在对着灯3804的一侧具有铝沉积物。孔3806把空 气流限制在与透镜3802的焦点一致的狭窄的输入区域，因而界定了其中 病原体遭受高强度辐射的高强度区。253.7nm的UVC被抛光的铝盘 3810(90％反射率)反射，在输入空气中产生每平方厘米4.0百万微焦耳的 253.7nm UVC能量的强度。这一高强度照射在1.5标准升每秒(90SLM)的 流量下得到12479微焦耳的剂量(结合直接或正面辐射以及反射或后向辐 射)。应该理解，在这个实施方案中，因为来自灯3804的紫外光实质上被 透镜3802集中，且通过HEPA过滤器3820的空气流在经由孔3860穿出 壳体之前成漏斗状通过孔3806和在第二盘3821中的1.5英寸直径的孔， 所以高强度辐射事实上是一个辐射强度范围，这个辐射强度范围从焦点的 最高值逐渐减少到透镜表面的最低值。通过HEPA过滤器3820进入灭菌 室3800的壳体内并从孔3860离开到达面罩的空气流由被连接到灭菌室壳 体外表面的鼓风机(未示出)产生。
在这个实施方案中，单独的灯壳体3830由截头圆锥形的铝反射器3832 界定。灯壳体3830是温控的，通过对扫描在35℃和45℃之间的温度范围 的最接近的2或3个温度传感器3818取平均，并且使用内置的冷却风扇(未 示出)产生冷却空气流以使温度固定在UVC输出(通过由对最接近的2或3 个UVC光电探测器3822取平均来测量)为最大值的水平上。除了经过 HEPA过滤器3820并被消毒的来自大气的空气之外，来自使用者的面罩的 所呼出的空气被拉动通过外环形区域3840，其中外环形区域3840被界定 在铝壳体壁3842和内套筒之间。在这个实施方案中的壳体壁由3英寸直 径、0.1英寸壁厚并具有抛光的内表面的铝管制成。内套筒由2英寸内径 和3毫米壁厚的熔融石英管3844制成。内套筒的下部分由支撑管3844的 GE紫外线塑料管界定。所呼出的空气通过使用者面罩中的单向阀(未示出) 由小型连续呼出鼓风机(未示出)拉动通过所述环形区域3840，呼出的空气 通过下部的GE紫外线塑料端帽3850中的开口3848进入外环形区域3840， 并通过上部的GE紫外线塑料端帽3860中的开口3858被排出灭菌室3800。 在这个实施方案中，所呼出的空气被暴露于大于8000微焦耳的紫外辐射 剂量。
图39示出与图38的实施方案相似的本发明的另一个实施方案。然而， 在这个实施方案中，没有用于由使用者呼出的呼出空气的单独的空气入 口。相反，在这个实施方案中，分离的灭菌室将被用来消毒所呼出的空气。 此外，在这个实施方案中，空气出口由在内套筒3962中形成的4个孔3960 界定。然后，空气通过3英寸直径的孔3966离开铝壳体3964。因此，不 同于图38的实施方案，空气首先沿外室3962向上移动，之后离开壳体 3964。如下面更详细讨论的那样，这允许空气被暴露于更多的紫外线辐射。 如在前面的实施方案中一样，所述室包括具有大于99％透射率的SiO2透 镜，该SiO2透镜用于将来自5瓦(输入功率)的飞利浦UVC灯的0.8瓦聚焦 到流过7mm直径孔的输入空气流。在其他实施方案中，使用直径为0.5到 1cm的孔。与图38的实施方案不同，在这个实施方案中的253.7nm UVC 光被Edmund Scientific的SiO2透镜3970反射，其中透镜3970在下(收集) 侧面具有1μm Al沉积物。UVC光束的投射及其背反射产生被投射到输入 空气上的强度为4百万微焦耳/平方厘米的UVC光。这包括800,000微焦 耳/平方厘米的入射辐射和92％的反射(或736,000微焦耳/平方厘米)，总计 为1,536,000微焦耳/平方厘米。对于0.7cm直径孔，通过所述孔的空气总 照射量是4000,000焦耳。高强度辐射对破坏在多次打击模型(multi-hit model)中所描述的病原体是有效的，在所述多次打击模型中群集形成并需 要比所期望的打击次数更高的次数来破坏病原体。由于强度I→∞时时间 t→0，因而允许在高强度辐射下以相对短的照射时间破坏病原体，而这些 病原体不会被在经典模型S＝e-kIt中所描述的剂量破坏，其中S是剩余的病 原体，k是响应UVC光的特定病原体的常数。高强度辐射在1.5标准升每 秒(90 SLM)的空气流量下得到12479微焦耳/平方厘米的剂量。这不包括由 于壳体管3964的抛光的铝内表面的反射而导致的返回进入到石英室3972 内的光子传输的任何值。然而，这个剂量远高于破坏流行性感冒A亚型所 需要的6600微焦耳/平方厘米，由于I的均值>80000/cm2，因此对流行性 感冒A使用S＝e-kIt所得到的剩余的病原体种群低于8×10-7。在这个实施方 案中，它在外部的0.32升的室3962中接收更多的UVC剂量。在比较典型 的30-40SLM的呼吸流量下，外室3962增加了提供更高的剂量的有效容 积。
在另一个实施方案中，除了例如灯3804的低功率紫外线灯之外，还 通过提供闪光灯或高功率汞蒸汽灯来产生高强度区，而不是使用光束放大 器。
在图40中，类似于图37-39的实施方案，也示出了界定高强度区的设 计。这种设计将所有的输入空气暴露于高度一致的、极高强度通量的UVC 光。Kowalski阐明了在高强度下破坏次级存活种群的时间t接近于零。这 在显示用于黑曲霉(用UVC光难以杀灭的病原体)的存活曲线中被证明 {Kowalski等人，2000}，其中当强度从200微焦耳/平方厘米增加到1800 微焦耳/平方厘米时，存活种群从接近于1下降到0.001。在Kowalski的示 例中，获得这个杀灭系数的时间从几乎无穷大降到1500秒。基于改变的 斜率，使用适当高的强度水平，可以使t接近于零，并且使存活种群低多 个数量级。
在图40中所示出的室设计使用二氧化硅透镜使输入空气暴露于 4,000,000微焦耳/平方厘米的强度。在1.5升每秒的流量(90SLM)下，室内 的UVC光使总存活种群为8.8e-12(采用流行性感冒A的k值0.001187作为 k，并采用三种病毒的k2测量值的平均值2.66e-3作为k2)。
利用多次打击模型，其中S＝1-(1-e-kIt)n，n为1.18，其中所有其他变量 与在90SLM流量下的相同，存活种群S是9.0 e-14。焦距为248毫米的一 英寸直径的SiO2透镜4000(>99％透射率)被用于将来自5瓦(输入功率)的飞 利浦UVC灯4002的0.8瓦聚焦在流过在SiO2盘4006中形成的7毫米直 径孔4004的输入空气流，SiO2盘4006在其背(下)侧面具有铝沉积物。 253.7nm UVC光被Edmund Scientific的SiO2透镜4008反射，其中透镜4008 在收集(下)侧面具有1μmAl沉积物。UVC光束的投射及其背反射产生 被投射到输入空气上的强度为4百万微焦耳/平方厘米的UVC光。
由铝反射器4012界定的灯区域4010是温控的，通过对扫描在35℃和 45℃之间的温度范围的最接近的2或3个温度传感器4020取平均，并且 使用内置的冷却风扇控制冷却以使温度固定在UVC输出(通过对最接近的 2或3个UVC光电探测器4022取平均来测量)为最大值的水平上。
即使室被设计成在90 SLM流量下消毒空气，但鼓风机将需要能够提 供170 SLM。由于在进行轻度工作的成年人中广泛变动的峰值空气流需求， 所以需要这种额外的性能。在由NIOSH承包商进行的研究中，当在更高 的工作/压力研究中正空气压力呼吸器(PAPR)系统无法满足峰值吸入需求 时，受试者的经测量的血氧饱和水平下降到低至92％。尽管这对于血氧水 平来说不是灾难性的水平，但却是满足吸入需求的好的做法，并且可能是 NIOSH为什么将最小值设为170SLM的原因。
在图41中示出本发明的又一个实施方案。在这个实施方案中，灭菌 室102的壳体4100包括在其内表面上具有反射涂层的玻璃管。在这个实 施方案中，所述管的内径为2英寸，但是在其他的实施方案中，使用2.5 英寸和3英寸内径的管。管4100在其下端被掺杂钛的石英盘4104封闭， 石英盘4104用GE紫外线塑料环或者接头4106固定在适当的位置。在4100 的上端设有塑料端帽4110，所述塑料端帽4110具有啮合在过滤器盖4112 上的互补螺纹的带螺纹的上部的部分。过滤器盖4112包括用于从输入空气 中滤除颗粒的HEPA过滤器4114。在这个实施方案中，紫外线灯4120被 放置为垂直于壳体4100的纵轴并被容纳在用于将光朝壳体上端向上反射 的反射壳体4130内。而壳体上端设有抛物线形玻璃镜4140，其中抛物线 形玻璃镜4140在其下部的曲面上具有Al/SiO涂层。通过塑料镜支架4142 将镜4140固定在适当的位置，其中塑料镜支架4142采用环形塑料盘的形 式，所述环形塑料盘具有允许空气从过滤器4114进入到壳体4100内的孔 4144。空气通过灭菌室4102(在这个实施方案中，具有0.35升的容积)， 并通过孔4150离开壳体4100。孔4150通到鼓风机，而鼓风机将空气送到 面罩(未示出)。
图42中示出类似于图41的本发明的另一个实施方案。然而，在这个 实施方案中，进入空气流壳体或室4200的空气被具有反射下表面4206的 石英盘4204约束到小的开口4202。上反射器4210相应地小于图41的反 射器。反射器4210包括玻璃镜，所述玻璃镜具有例如有MgF2外涂层的铝 沉积物的反射涂层。其他元件实质上相同于图41的元件，因此不再描述。
在图43中示出又一个实施方案，其类似于图42的实施方案，但是除 了灯壳体4300之外，它还包括紫外线灯4310的另外的外壳体4302。外壳 体4302具有冷却空气输入端4320和输出端4322以便冷却灯4310。
图44示出又一个实施方案，其类似于图41的实施方案。因此相似的 元件在此不再讨论。然而，这个实施方案的不同之处在于，设置有内部的 沙漏形的壁4400，以把空气流路径约束到接近壳体4402中间的狭窄区域。 这个实施方案中的紫外线透镜4104的焦点与沙漏形的壁4400的狭窄部分 4106重合。
在图37-44的实施方案中的灯壳体，例如由管3702、3832、4012、4130、 内壳体4300和壳体4410所界定的壳体，被保持在例如500托干N2的轻微 负压力下。这有助于在紫外线灯发生故障的情况下保护使用者以防止泄 漏。
在所有供应面罩的便携式装置中重要的是需要节约能量以便于使用 便携式电源。因此，优选使用风扇或鼓风机而不是用泵将空气吸入灭菌室 和通到面罩。为了避免只是必须使用高功率鼓风机来在面罩内提供大的正 压力，本发明提出使用最小尺寸的鼓风机，同时仍在面罩内提供正压力。 因为在面罩中使用的常规尺寸的HEPA过滤器(特别是高质量的过滤器，例 如被认证为可滤除99.97％的300nm颗粒的N100)具有相对小的直径并产 生大的压差，所以它们不适合与低功率鼓风机一起使用。本发明通过提供 将要使用的较大直径的HEPA过滤器解决这个问题。另外，通过提供恒定 压力或恒定流量实现功率管理。在优选的实施方案中，面罩中的压力在使 用者吸气和呼气或改变他/她的耗力时被设法保持恒定。这意味着根据需要 调整鼓风机功率，例如通过基于一个或更多压力传感器控制鼓风机的电 流。在一些实施方案中，使用三个压力传感器，并对最接近的两个值取平 均。如上面所讨论的那样，可以使用连接在灭菌室和面罩之间的阀来改变 流量，而不是调整鼓风机的功率。为了进一步减少功率消耗，面罩内的正 压被保持到非常低的值，优选地，高于环境压力0.5到1英寸水压。这个 配置允许使用并不一定是尺寸形状恰好而是仅仅宽松地配合有限个数的 普通人面部轮廓的多个面罩。在一个实施方案中，为了适应不同的使用者 并为他们都提供相对好的配合，提供例如超小、小、中、大、超大的几种 不同的常见大小的面罩，作为灭菌室的附件。对本发明来说，术语“宽松地 配合”被用于描述这样的面罩配合。
本发明不仅进一步涵盖了通过使面罩和灭菌室由可释放的连接而连 接起来以允许不同的面罩与灭菌室一起使用，它还涵盖其他元件的模块化 配置。因此，本发明提供了紫外线灯和空气供应的分离的壳体或室。例如， 在图41中，灯4120被安装在由反射器4130界定的其自己的室中。空气 供应又被约束在到空气流壳体4100中，其中空气流壳体4100在过滤器 4114处具有其空气流入口，并在通到鼓风机的孔4150处具有空气流出口。 根据本发明，空气流壳体4100和灯壳体4130被可分离地连接。此外，灯 4120、帮助将空气通过空气室的鼓风机或风扇设有其自己的电源和电子设 备，以允许空气室独立于紫外线灯工作。这允许与或不与紫外线消毒一起 使用所述系统。同样，系统的模块性考虑到各种元件被可分离地销售和替 换，并且便于在使用通用连接器时不同供应商的元件的可互换性。在一个 实施方案中，空气流壳体和灯罩设有充电器，该充电器被设置用于对鼓风 机的电池和紫外线灯的电池同时充电。具体地，充电器插头设有用于同时 给鼓风机和紫外线灯充电的两对插脚，并且提供在仅仅使用鼓风机而没有 使用紫外线灯时使用同一充电器的能力。在这种情况下，插脚对中只有一 对被用于为鼓风机的电池充电。
作为本发明的另一个特征，本实施方案提供了预防臭氧产生的安全措 施。为了将臭氧的产生减到最小，在石英板或灯泡上提供ZrO2层。这减少 在波长185-250nm之间的峰值。另外，在一些实施方案中，还把HFlO2 或改作把HFlO2喷涂到反射面上。此外，在一些实施方案中，在室内的空 气流路径中放置海绵钛(titanium sponge)。
如上面所讨论的那样，需要在灭菌室的壳体的内表面上提供高反射涂 层，以便确保紫外光的多重反射，从而增加光在破坏进入灭菌室的任何生 物污染物的DNA或RNA方面的效力。如下面所讨论的那样，可以使用各 种材料和涂层。然而，最好在形成壳体之前完成涂覆涂层的某些工艺，因 为如果在其上形成涂层的表面随后变形或弯曲，那么涂层易于脱落。
在一个实施方案中，灭菌室的壳体包括铝管，所述铝管内表面抛光， 然后经受化学汽相沉积(CVD)工艺以增加其紫外线反射率。这可以包括有 机金属CVD(OMCVD)或等离子体增强CVD(PECVD)。
在另一个实施方案中，没有使用CVD，而是通过喷涂上反射涂层，反 射涂层被应用到内表面，例如通过在高度抛光的表面上的喷涂(例如几百 个nm厚—优选地300nm厚或更厚的)Al。
在应用高度反射表面的壳体材料的又一种方法中，例如在Al壳体材 料的情况下，Al材料被放在化学浴槽和在电镀工艺中与Al反应的化学制 品中。铝可以被电气连接以用作阳极或阴极。
在应用高反射涂层的又一种方法中，实现类似于腐蚀工艺的电化学沉 积。这样，在壳体材料(在这个实施方案中所述壳体材料是Al)的金属表 面形成氧化层，从而在Al上提供了氧化铝层。
在应用高反射涂层的又一种方法中，实现分子束外延，其包括使用高 真空环境，并产生材料束，以在基底材料上(在这个例子中是在壳体材料上) 形成层。
在应用高反射涂层的又一种方法中，使用离子束注入来注入高反射材 料。形成高反射涂层后，可以接着通过离子束注入来添加额外的化学制品。 在已经施加了高反射涂层的地方，也可以通过离子束注入来添加额外的化 学制品。例如，如果Al首先被喷涂上，为了得到更好反射率，在其后可 以通过离子束注入来添加额外的材料。
如上面所建议的那样，不是首先完成灭菌室的壳体的形成或使用软管 或管，然后添加反射涂层，而是可以由在形成(例如，通过弯曲或折叠)如 图26所示的管或圆柱(例如，方形或圆柱形)之前用反射涂层(优选地还是 具有高折射率的涂层)处理过的平坦的或敞开的金属片来形成壳体。壳体 可以改为由两个或更多片制成，这些片装配在一起，并且具有在这些片被 装配在一起时适于形成壳体的任何形状，在图27中示出其中的一个实施 方案。在各边接触的地方(方便起见，在此称为接头)，通过密封接头(例 如，通过热封例如热焊，或使用热粘合剂或任何其他合适的技术)，弯曲 的或折叠的或装配在一起的片可以被连接在一起。
可以选择一种或多种材料来提供高反射涂层。优选地选择对UVC特 别是对253-268nm的紫外线具有高反射率的材料，例如，Al合金，例如 氧化铝。也可以使用其他氧化物，例如氧化镁。氧化物可以被独立施加， 或者，如果室材料本身不是由铝制成，那么就在首先施加Al层之后再施 加氧化物。
可以改为使用诸如硫酸钡或合金(例如Al合金或Ag合金)的其他化合 物来提供高反射的室表面。在又一个实施方案中，选自CaF2、MgF2、SrF2、 BaF2、LiF、KTiOPO4(磷酸钛氧化钾或KTP)、CaCO3(方解石)、BaB2O4(β 硼酸钡或BBB)、HFlO2、TiO2的化合物被用作高反射涂层。事实上，在一 些实施方案中使用两层或多层此类化合物的多层(被称为“介质叠层”)，并 且在某些实施方案中它们被配置为对层(例如10对层)，例如CaF2和MgF2 的对，并且根据所使用材料的折射率来调整各种层的厚度。优选地，使用 高折射率和低折射率材料的交替层(其中折射率是对需要高反射的波长的 折射率)。具体地，每层应该是介质中的光波长的四分之一的奇数倍，即真 空波长除折射率的所得结果的四分之一的奇数倍。因此，如果两种材料的 折射率是1.433和1.762，并且真空波长是265nm，将需要这样的交替层： 对于低折射率材料厚度为46nm(或139nm或231nm或其他奇数倍)，对 于高折射率材料厚度为38nm(或113nm或188nm或其他奇数倍)。
在又一个实施方案中，聚合物(在这个例子中是特氟隆)被喷涂上去。 可以改作通过在形成壳体之前或之后将壳体材料浸渍在特氟隆溶液内来 施加上特氟隆或其他聚合物。
在开始时壳体是圆柱形的或不需要后续弯曲的两部分的情况下，一个 备选方案是在防紫外线聚合物的悬浮液中提供硫酸钡颗粒，然后将其喷涂 上去。其可改作通过浸渍施加。
在一个实施方案中，不是涂上高反射涂层，而是壳体本身由含有硫酸 钡颗粒的防紫外线聚合物制成。
为了不但在使用者(他或她)正戴着本发明的器具时保护使用者，而 且还在其脱下所述器具和衣物的过程中保护使用者，并为了确保器具和衣 物在使用后本身被消毒，本发明还提出用于协助除去手套和消毒各种物品 的方法和装置。
图28示出一副手套2800，其具有允许使用者容易地移除手套的蝶片 或带2802。作为额外的保护，在这个实施方案中的蝶片2802设有抗微生 物剂涂层。
通常，如图29的实施方案所示出的那样，手套将被密封在气密包或 袋中。为了避免在从手套的包2902中取出手套2900之前通常具有晶体结 构的抗微生物剂吸收水分，手套2900被保存在具有干燥剂2904的包2902 内。这个实施方案的手套2900而不是蝶片由掺入抗微生物剂的编织材料 制成。在另一个实施方案中，整个手套而不是编织材料或蝶片被用抗微生 物剂涂层处理。
作为本发明的另一方面的一部分，如图30所示，提供粘板3000而不 是处理手套以便于没有污染地移除手套。板3000可固定到壁或其他坚固 表面，通过使用者接触板并将手从手套滑出，由于手套3002被粘板保持 不动，实现移除使用者的手套3002。
作为本发明的进一步的方面，提供了消毒室和消毒本发明的器具(即 灭菌室和具有护目镜的面罩以及使用者所穿着的衣物)的方法。在图31-33 中示出本发明的消毒室的一个实施方案。消毒室3100包括抛光的A1室， 在这个实施方案中为了得到更大的反射率，A1室被用含有硫酸钡的涂料涂 在内壁上。消毒室可以改为由涂有紫外线反射涂层的塑料制成，例如通过 喷涂高反射涂层，并且可以由两半制成，所述两半然后被结合，例如通过 热密封或通过使用粘合剂(例如热粘合剂)。因而，对灭菌室的形成、涂层 和材料的全部讨论同样适用于消毒室的形成，在此为方便起见不再重复， 但是应该明白也适用于消毒室。
这个实施方案的室3100具有门3102，其中门3102具有观察口3104 和手柄3106。
定时器3107也被包括在内，以允许设置消毒时间。定时器可以被连 接到视觉指示器或例如蜂鸣器的听觉指示器，以便当消毒时间到时通知消 毒室的使用者。另外，定时器可以被连接到紫外光源，以便当达到预定时 间时切断光。在另一个实施方案中，定时器和锁定机构可以被包括在门内 (类似于前装式洗衣机)，以便自动地锁住门一段预定时间。在又一个实施 方案中，可能需要对室的后续使用以便进一步额外装入材料，此时，预置 定时器可以被包括在内，其中无论门何时被打开，时间都被重置来重新开 始。
电气接入点3108延伸到被安装在室的内部上的插座，这在下面被更 详细地讨论。
图32示出室3100的侧面板和后面板3110的内侧面，图33示出室3100 的上面板和下面板或壁。每个面板或壁3110、3120都设有紫外光源。如图 32和33所示，在面板3110上的光源包括汞蒸汽灯3200，而对于面板3120， 光源包括两个汞蒸汽灯3300。在优选的实施方案中，室门3102设有开关(未 示出)，该开关在门打开时关掉紫外光源。这可以是机械开关或具有电气开 关的紫外线光电探测器。另外，光电探测器优选地被提供给每个紫外线灯 泡，或者，在紫外线LED光源的情况下，成组的LED可以设有光电探测 器，以指示何时更换灯泡或LED。
对于面板3110，后面板还包括被在图32中示出的电气插座3210，它 经由上面相对于图31所讨论的接入点3108接收电力。应该理解，尽管侧 面板3110也可以设有插座，但是室3100通常仅仅需要一个用于给灭菌室 的电池组插上电源的插座。也应该理解，灭菌室的电池组可以通过类似于 电牙刷的磁耦合被实现为可充电式，在该情况下室3100可设有互补的充 电插口。
图33示出两个面板3120则设有用于容纳图34中所例示的旋转组件 的凹进处3302。
这个实施方案的旋转组件3400包括安装在平台3404上的支撑物 3402，并具有安装在其下表面的轴承3406，其中轴承3406可被容纳在下 面板3102的凹进处3302中。用于支撑使用者的鞋的鞋托或鞋架3310也 被安装到平台3404上。为了同样确保来自内部的紫外线辐射，汞蒸汽灯 3420被安装在支撑物3402上。在一个实施方案中，由例如石英的透紫外 线材料制成的支撑平台3430被通过臂3432固定到支撑物3402。支撑平台 3430可以被用于支撑物品，例如灭菌室组件和使用者所使用的面罩。在另 一个实施方案中，除了平台3430之外或作为平台3430的替代品，架3450 可以通过轴承3452被安装到上面板3120的凹进处3302中。如图34所示， 架3450被悬吊在旋转平台3454上。在图34所示出的实施方案中，架3450 包括用于背包呼吸器和面罩的钩3460。它也包括裤子衣架3462和上衣衣 架3464。使整个旋转组件旋转，以便最大暴露于安装在消毒室的侧面板、 后面板、上面板和下面板上的紫外光源的紫外辐射。在这个实施方案中， 驱动电机(未示出)被连接到平台3404，第二驱动电机被连接到平台3454。 应该理解，在其他的实施方案中，架3450可以借助于托架连接到汞蒸汽 灯3420或支撑物3402，从而避免需要两个驱动电机。也应该理解，可以 用紫外线LED或一组紫外线LED代替汞蒸汽灯3420。
尽管上面描述了具体的实施方案，但应该理解，这些实施方案仅作为 实例被包括在内，本发明并非限于所讨论的实施方案，而是包括由权利要 求书的范围界定的其他实施方案。此外，尽管关于图1-17、35和36所论 述的上述实施方案具体涉及便携式消毒器具，但本发明所涉及的通过偏振 涂层或透镜来保护紫外线LED光源、汞蒸汽灯的补充和/或具有沉积或注 入的钛的环绕灯的保护性石英套筒、以及材料的类型和将高紫外线反射内 表面提供给室的壳体的方法等内容，同等地适用于非便携式消毒器具，用 于不仅消毒空气而且消毒放置在器具壳体内的物体，例如在关于图31-34 所描述的消毒室内消毒衣服和便携式空气消毒器具。同样地，用于引导空 气的壳体的造型或包括挡板以引导空气接近紫外光源同等地适用于非便 携式空气消毒器具。因此，权利要求被界定为覆盖所有这样的消毒器具。 本发明中将空气引到紫外线源附近、使用高反射壳体表面、有希望通过在 空气进口使用过滤来消除空气中的部分水汽等提议的适用性，由例如在 (Quantitative Microbiology 2，249-270，2000#2002 Kluwer Academic Publishers)W.J.KOWALSKI，W.P.BAHNFLETH，D.L.WITHAM， B.FSEVERIN和T.S.WHTTTAM的论文“Mathematical Modeling of Ultraviolet Germicidal Irradiation for Air Disinfection(空气消毒的紫外线杀 菌辐射的数学建模)”中所描述的学术研究和模型证实。
如上面所提及的那样，使用透镜或其他装置产生高强度辐射以便减少 病原体的次级存活种群同样适用于不特定调整为向单个使用者提供消毒 空气的系统。上面所讨论的处理次级存活率的方法也适用于服务于大批人 的空气消毒器，例如在加热风道系统内使用的空气消毒器。也应该理解， 上述所有的实施方案仅作为例子而给出，并非旨在限制由权利要求书所界 定的本发明。