DE60108248T2

DE60108248T2 - Luftsterilisierungssystem

Info

Publication number: DE60108248T2
Application number: DE60108248T
Authority: DE
Inventors: Tzvi Avnery
Original assignee: Advanced Electron Beams Inc
Current assignee: Advanced Electron Beams Inc
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: AU2001269914A1; CN1447713A; US20020011405A1; EP1296749A2; US20040060811A1; US7323137B2; DE60108248D1; BR0112188A; WO2001097953A2; JP2003535665A; US6623706B2; EP1296749B1; RU2003102372A; WO2001097953A3; ATE286427T1

Description

HINTERGRUND
Von Luftzirkulationssystemen, z. B. Klimatisierungs- und Heizungssystemen in Gebäuden und Flugzeugen, ist bekannt, dass sie in der Luft befindliche Viren und Bakterien zirkulieren lassen und unter den Insassen Krankheiten verbreiten. Dies wird sowohl für die Hersteller derartiger Systeme als auch die Insassen von Belang. Bei einigen Luftzirkulationssystemen in Gebäuden wird begonnen, dieses Problem anzusprechen, indem ein Luftsterilisierungssystem in sie einbezogen wird, um die Luft zu sterilisieren. In derartigen Systemen wird die Luft typischerweise sterilisiert, indem die zirkulierende Luft mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der Sterilisierungsprozess von der Belichtungszeit des ultravioletten Lichtes abhängig ist und deshalb die Wirksamkeit mit zunehmender Luftgeschwindigkeit abnimmt. Außerdem verringert der an den Ultraviolettleuchten gesammelte Staub die Intensität des ultravioletten Lichtes, das die Luft bestrahlt, was die Wirksamkeit des Sterilisierungsprozesses weiter verringert.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung schafft ein System zum Sterilisieren von Luft, das effektiver als frühere Verfahren ist, und das eine Leitung besitzt, um die Luft hindurchströmen zu lassen. Ein erster Elektronenstrahlgenerator ist relativ zur Leitung angeordnet, um die hindurchströmende Luft mit einem ersten Elektronenstrahl zu bestrahlen. Der erste Elektronenstrahl behindert oder tötet Mikroorganismen innerhalb der Luft, wie z. B. Viren, Bakterien, Pilze usw., um die Luft zu sterilisieren.
In bevorzugten Ausführungsformen kann ein Luftzirkulator, um zu veranlassen, dass die Luft durch die Leitung strömt, enthalten sein. Außerdem kann das System in einem Luftzirkulationssystem enthalten sein oder ein Luftzirkulationssystem bilden. Innerhalb der Leitung ist stromabwärts vom ersten Elektronenstrahlgenerator ein Wandler angeordnet, um das Ozon innerhalb der Luft in Sauerstoff zu wandeln. In einer Ausführungsform befindet sich gegenüber dem ersten Elektronenstrahlgenerator in der Leitung ein Reflektor, um den ersten Elektronenstrahl zu reflektieren. In einer weiteren Ausführungsform ist ein zweiter Elektronenstrahlgenerator relativ zur Leitung gegenüber dem ersten Elektronenstrahlgenerator an geordnet, um die durch die Leitung strömende Luft mit einem zweiten Elektronenstrahl zu bestrahlen. In einer noch weiteren Ausführungsform besitzt die Leitung zwei rechtwinklige Wendungen auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektronenstrahlgenerators, um eine Abschirmung gegen die Strahlung zu schaffen. Diese Leitung kann kollimiert sein.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf ein Verfahren zum Sterilisieren von Luft gerichtet, das aufweist: die Luft strömt durch eine Leitung, und die Luft, die durch die Leitung strömt, wird einem ersten Elektronenstrahl von einem ersten Elektronenstrahlgenerator bestrahlt. Der erste Elektronenstrahl behindert die Mikroorganismen innerhalb der Luft, um die Luft zu sterilisieren. Die Sterilisation kann in einem Luftzirkulationssystem geschehen.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Sterilisieren von Luft gerichtet, dass das Strömen der Luft durch eine Leitung und das Bestrahlen der strömenden Luft mit entgegengesetzten ersten und zweiten Elektronenstrahlen von ersten und zweiten Elektronenstrahlgeneratoren enthält, um die Mikroorganismen in der Luft zu behindern. Die ersten und zweiten Elektronenstrahlgeneratoren sind einander gegenüberliegend relativ zur Leitung angeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zum Sterilisieren von Luft gerichtet, das das Ausrichten eines Elektronenstrahls in eine Sterilisationskammer enthält. Die Luft in die Sterilisationskammer wird im Allgemeinen gegen die Richtung des Elektronenstrahls ausgerichtet und allgemein entlang der Richtung des Elektronenstrahls neu ausgerichtet, um die Luft zu bestrahlen und die Mikroorganismen in der Luft zu behindern.
Die Verwendung eines Elektronenstrahls, um die Luft zu sterilisieren, in der vorliegenden Erfindung schafft eine effektivere Sterilisierung strömender Luft als frühere Verfahren, wie z. B. die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, weil die Elektronenstrahlen die Mikroorganismen schneller behindern oder töten können. Außerdem werden die Elektronenstrahlen in einem geringeren Maße als ultraviolettes Licht durch Staub beeinflusst. Folglich kann die vorliegende Erfindung mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten strömende Luft effektiv sterilisieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorausgehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden spezielleren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich, wie sie in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht sind, in der gleiche Bezugszeichen durch die verschiedenen Ansichten hindurch gleiche Teile bezeichnen. Die Zeichnung ist nicht notwendigerweise maßstabgetreu, stattdessen wurde die Betonung auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gelegt.
1 ist eine perspektivische schematische Zeichnung einer Ausführungsform des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine graphische Darstellung, die die Energieverteilung für einen einzelnen Elektronenstrahl, der in die Luft gerichtet ist, darstellt.
3 ist eine graphische Darstellung, die sowohl die Energieverteilung für zwei entgegenwirkende Elektronenstrahlen, die in die Luft gerichtet sind, als auch die kombinierte Energieverteilung der zwei Strahlen darstellt.
4 ist eine perspektivische schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine graphische Darstellung, die die Energieverteilung für einen einzelnen Elektronenstrahl, der in die Luft gerichtet ist, die Verteilung der Energie, die von einem im Weg des Elektronenstrahls angeordneten Reflektor reflektiert wird, und die kombinierte Energieverteilung des Elektronenstrahls und der reflektierten Energie darstellt.
6 ist eine schematische Seitenansicht einer noch weiteren Ausführungsform des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Seitenansicht einer noch weiteren Ausführungsform des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine schematische Seitenansicht einer noch weiteren Ausführungsform des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische Zeichnung der Luft, die in ein geschlossenes Volumen eintritt, die durch eine Ausführungsform des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung sterilisiert wird.
11 ist eine schematische Zeichnung der Luft innerhalb eines geschlossenen Volumens, die durch eine Ausführungsform des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung in einer umlaufenden Weise sterilisiert wird.
12 ist eine perspektivische Zeichnung einer noch weiteren Ausführungsform des Luftsterilisierungssystems der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine schematische Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Vergrößerung des unteren Abschnitts nach 13.
15 ist eine schematische Draufsicht der Redaktionskammer nach 13.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 wird ein Luftsterilisierungssystem 10 verwendet, um atembare Luft zu sterilisieren, wobei es oft in ein Luftzirkulationssystem aufgenommen wird oder in einem Luftzirkulationssystem enthalten ist, wie z. B. ein Klimatisierungs- und/oder Heizsystem, um Mikroorganismen innerhalb der zirkulierten Luft, z. B. sowohl Viren, Bakterien und Pilze (einschließlich Hefen und Schimmelpilze) als auch Pollen usw., abzutöten. Das Luftsterilisierungssystem 10 kann außerdem verwendet werden, um die Luft nur für Sterilisierungszwecke zirkulieren zu lassen. Das Luftsterilisierungssystem 10 enthält eine Luftleitung 12, durch die die Luft in der Richtung der Pfeile zirkuliert. An gegenüberliegenden Seiten der Luftleitung 12 sind zwei Elektronenstrahlgeneratoren 14 angeordnet, um die Elektronen e- von entgegengesetzten Elektronenstrahlen 13 in einer Bestrahlungszone 11 zwischen den Elektronenstrahlgeneratoren 14 in die strömende Luft zu richten. Die Elektronenstrahlgeneratoren 14 sind dimensioniert, um eine vollständige Elektronenstrahlüberdeckung über den Querschnitt (Breite und Höhe) der Luftleitung 12 zu schaffen, sodass praktisch alle durch die Luftleitung 12 strömende Luft durch die Elektronenstrahlen 13 hindurchgeht. Die Elektronenstrahlen 13 behindern oder töten in der Luft befindliche Mikroorganismen, die in der Luft strömen, indem die DNS und/oder strukturelle Materie beschädigt wird und dadurch die Luft sterilisiert wird. Alle Röntgenstrahlen, die durch die Elektronen e- gebildet werden, die auf die Wände der Luftleitung 12 auftreffen, können außerdem die Behinderung einiger der Mikroorganismen unterstützen. Typischerweise befindet sich ein Wandler 16 stromabwärts der Elektronenstrahlgeneratoren 14 in der Luftleitung 12, um das im Sterilisierungsprozess erzeugte Ozon (O₃) zurück in Sauerstoff (O₂) zu wandeln. Folglich wird, wenn die behandelte Luft in einen von Menschen eingenommenen Bereich eingeleitet wird, sterile atembare Luft bereitgestellt.
Nun folgt eine ausführlichere Beschreibung des Luftsterilisierungssystems 10. Die Elektronenstrahlen 13 werden von den Elektronenstrahlgeneratoren 14 durch Strahlaustrittsfenster 14a, die sich an den distalen Enden der Elektronenstrahlgeneratoren 14 befinden, in die Luftleitung 12 emittiert. Die Breite der Luftleitung 12 ist häufig etwa die gleiche wie die Breite der Strahlaustrittsfenster 14a der Elektronenstrahlgeneratoren 14. Die Luftleitung 12 besitzt zwei entgegengesetzte Löcher 12a, die mit der richtigen Größe und Form konfiguriert sind, um den Elektronenstrahlen 13 zu erlauben, in die Luftleitung 12 einzutreten. Typischerweise sind die Elektronenstrahlgeneratoren 14 längs einer gemeinsamen Achse X an der Luftleitung 12 angebracht und in einer Weise abgedichtet, die verhindert, dass die Strahlung in das Äußere der Luftleitung 12 entweicht. Die Elektronenstrahlgeneratoren 14 sind vorzugsweise ähnlich zu denjenigen, die in der US-Patentanmeldung US-A-6.407.492, eingereicht am 9. Juli 1999, mit dem Titel "Electron Beam Accelerator" offenbart sind. Alternativ können andere geeignete Elektronenstrahlgeneratoren verwendet werden. In einigen Luftzirkulationssystemen ist die Luftleitung 12 etwa 20,32–30,48 cm (8–12 Zoll) breit und etwa 12,7–15,24 cm (5–6 Zoll) hoch, um eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu erhalten. In einer Ausführungsform ist die Luftleitung 12 etwa 25,4 cm (10 Zoll) breit und etwa 12,7 cm (5 Zoll) hoch, wobei die Elektronenstrahlgeneratoren 14 ein Strahlaustrittsfenster 14a mit den Abmessungen von etwa 25,4 cm mal 7,62 cm (10 Zoll mal 3 Zoll) besitzen. Die Elektronenstrahlgeneratoren 14, die für eine derartige Leitung dimensioniert sind, arbeiten typischerweise bei etwa 125 kV. In einer weiteren Ausführungsform, in der die Luftleitung 12 etwa 5,08 cm (2 Zoll) breit ist, können Elektronenstrahlgeneratoren 14 verwendet werden, die ein kreisförmiges Austrittsfenster 14a besitzen, das einen Durchmesser von etwa 5,08 cm (2 Zoll) besitzt, und die bei etwa 80 kV bis 100 kV arbeiten.
Für eine 12,7 cm (5 Zoll) hohe Luftleitung 12 werden oft zwei Elektronenstrahlgeneratoren 14, die bei etwa 125 kV arbeiten, verwendet, weil, wie aus 2 sichtlich ist, für einen Elektronenstrahlgenerator 14, der bei etwa 125 kV arbeitet, die Energieverteilung oder Dosis eines einzelnen Elektronenstrahls 13 dramatisch abnimmt, wie sich der Elektronenstrahl 13 durch die Luft bewegt. Die Dosis des Elektronenstrahls 13 von einem einzelnen Elektronenstrahlgenerator 14, der bei etwa 125 kV arbeitet, ist z. B. für etwa die ersten 3,81 cm (1 1/2 Zoll) der Wegstrecke durch die Luft relativ konstant, fällt dann aber bei Entfernungen, die über 3,81 cm (1 1/2 Zoll) liegen, schnell ab. Folglich sind zwei entgegengesetzte Elektronenstrahlgeneratoren 14 erwünscht, wenn bei etwa 125 kV gearbeitet wird, um eine beständige Sterilisierung der Luft zu erhalten, die durch die Luftleitung 12 strömt, die etwa 25,4 cm mal 12,7 cm (10 Zoll mal 5 Zoll) groß ist. 3 zeigt, dass zwei Elektronenstrahlgeneratoren 14, die bei etwa 125 kV arbeiten, die etwa 12,7 cm (5 Zoll) entfernt einander gegenüberliegend angeordnet sind, zusammenwirken, um eine relativ konstante Energieverteilung in der Luft innerhalb der Bestrahlungszone 11 der Luftleitung 12 zu erzeugen. Obwohl die zwei Elektronenstrahlgeneratoren 14 als längs einer gemeinsamen Achse X ausgerichtet dargestellt sind, kann alternativ ein Elektronenstrahlgenerator 14 stromabwärts des anderen angeordnet oder versetzt angeordnet sein. In einem System, in dem die Luftleitung 12 nur etwa 2,54–5,08 cm (1–2 Zoll) hoch sein muss, kann der zweite Elektronenstrahlgenerator 14 weggelassen sein. Der zweite Elektronenstrahlgenerator 14 kann außerdem in einer höheren Luftleitung 12 (z. B. 12,7 cm (5 Zoll) hoch) weggelassen sein, wo eine beständige oder völlige Sterilisierung nicht erforderlich ist.
Falls eine Luftleitung 12 höher als 12,7 cm (5 Zoll) sein muss, können Elektronenstrahlgeneratoren 14 mit einer höheren Leistung als diejenigen, die oben benannt worden sind, verwendet werden. Außerdem können für kleinere Luftleitungen 12 Elektronenstrahlgeneratoren mit niedrigerer Leistung verwendet werden. Die Breite der Elektronenstrahlgeneratoren 14 kann variiert werden, um Luftleitungen 12 mit verschiedenen Breiten aufzunehmen. Für Luftleitungen 12, die Abmessungen besitzen, die bereiter als die Elektronenstrahlgeneratoren 14 sind, kann mehr als ein Elektronenstrahlgenerator 14 nebeneinander angebracht sein, um die volle Breite zu bestrahlen. Die Konfiguration derartiger nebeneinander angeordneter Elektronenstrahlgeneratoren kann aufeinander ausgerichtet oder versetzt angeordnet sein. Außerdem können mehrere aufeinanderfolgende Elektronenstrahlgeneratoren 14 an der Luftleitung 12 in der Richtung der Luftströmung angebracht sein, wenn äußerst hohe Luftgeschwindigkeiten durch die Luftleitung 12 strömen. Im Ergebnis würde die durch die Luftleitung 12 strömende Luft durch aufeinanderfolgende Elektronenstrahlen 13 bestrahlt werden, wobei dadurch die Zeitdauer der Bestrahlung verlängert wird, um das gewünschte Niveau der Bestrahlung zu erreichen.
Der Wandler 16 ist häufig ein reaktives katalytisches Filter, das ein Pelletbett besitzt, um den hindurchströmenden Ozon in Sauerstoff zu wandeln. Für den Betrieb bei Zimmertemperatur enthält das Pelletbett typischerweise kugelförmige Mangandioxid-Pellets. Für höhere Temperaturen sind die Pellets typischerweise aus Platin ausgebildet. Der Wandler 16 ist oft angrenzend an die Elektronenstrahlgeneratoren 14 angeordnet, wie gezeigt ist, er kann aber alternativ in der Nähe des Ausgangs der Luftleitung 12 angeordnet sein. Wenn sich der Wandler 16 in der Nähe des Ausgangs einer sehr langen Luftleitung 12 befindet, kann das Ozon innerhalb der strömenden Luft, das durch die Bestrahlung mit Elektronen e- gebildet wird, mit anderen Mikroorganismen oder Verseuchungsstoffen reagieren oder diese neutralisieren, die sich stromabwärts von den Elektronenstrahlgeneratoren 14 auf den Wänden der Luftleitung 12 befinden. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, den Wandler 16 völlig wegzulassen.
Typische Verwendungen für das Luftsterilisierungssystem 10 liegen z. B. in Luftzirkulationssystemen sowohl von Flugzeugen als auch von Krankenhäusern, im Hauptwetter-Zirkulationssystem oder in den Zirkulationssystemen für Operationssäle oder Erholungsräume. Andere Verwendungen enthalten Systeme für Hotels, Schulen, Theater, unterirdische Minen, Einkaufszentren, Unterseeboote, Schiffe, motorisierte Fahrzeuge usw.
In 4 ist das Luftsterilisierungssystem 25 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich vom Luftsterilisierungssystem 10 insofern unterscheidet, als ein einzelner Elektronenstrahlgenerator 14 verwendet wird, um einen einzelnen Elektronenstrahl 13 zu erzeugen, und ein Reflektor 15 innerhalb der Luftleitung 12 an der Wand gegenüber dem Elektronenstrahlgenerator 14 angeordnet ist. Der Elektronenstrahlgenerator 14 und der Reflektor 15 sind längs der Achse X an der Bestrahlungszone 11 angeordnet, die den Raum oder Bereich dazwischen einnimmt. Einige der Elektronen e- vom Elektronenstrahl 13 treffen auf den Reflektor 15 auf und werden zurück in die durch die Luftleitung 12 strömende Luft innerhalb der Bestrahlungszone 11 reflektiert. Typischerweise ist der Reflektor 15 aus einem Material mit hoher Dichte ausgebildet, das eine hohe Z-Zahl besitzt, wie z. B. Blei oder Wolfram usw. Der Reflektor 15 kann innerhalb der Luftleitung 12 angebracht sein, oder die Luftleitung 12 kann alternativ wenigstens im die Bestrahlungszone 11 umgebenden Bereich selbst aus dem Material mit der hohen Dichte ausgebildet sein. In 5 ist zu sehen, dass der Elektronenstrahl 13 und die durch den Reflektor 15 reflektierte Energie zusammenwirken, um eine relativ konstante Energieverteilung in der Luft innerhalb der Bestrahlungszone 11 zu erzeugen. Für einen Elektronenstrahlgenerator 14 mit etwa 125 kV stellt die graphische Darstellung nach 5 eine relativ konstante Energieverteilung für eine Luftleitung 12 mit einer Tiefe oder Höhe von etwa 6,35 cm (2,5 Zoll) vom Elektronenstrahlgenerator 14 dar. Diese Abmessung kann vergrößert werden, wenn ein Elektronenstrahlgenerator 14 mit größerer Leistung verwendet wird.
In 6 ist in einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Luftsterilisierungssystem 22 zum Luftsterilisierungssystem 10 ähnlich, wobei es sich insofern unterscheidet, als die Luftleitung 12 zwei vertikale Schenkel 18 und horizontale Schenkel 20 enthält, die sich von einem zentralen Leitungsabschnitt 12a auf gegenüberliegenden Seiten der Elektronenstrahlgeneratoren 14 erstrecken, um eine Abschirmung gegen die durch das System erzeugten Röntgenstrahlen zu schaffen. Die Zickzack-Wegkonfiguration der Schenkel 18 und 20 schafft keinen geraden Weg für die Röntgenstrahlen, um entweder aus dem Einlass oder Ausgang der Luftleitung 12 zu entweichen. Die horizontalen Schenkel 20 sind typischerweise parallel zum zentralen Leitungsabschnitt 12a, während die vertikalen Schenkel 18 in einem rechten Winkel vorliegen. Die Luftleitung 12 einschließlich der Schenkel 18/20 kann aus Blei oder Stahl ausgebildet sein.
In 7 unterscheidet sich in einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Luftsterilisierungssystem 26 vom Luftsterilisierungssystem 22 insofern, als das System 26 ein Kollimationssystem 24 enthält, das aus einer Folge kleiner Leitungen 24a aus laminierten Blei oder Stahl besteht, die sich in einer Zickzack-Konfiguration durch die Schenkel 18/20 in den zentralen Leitungsabschnitt 12a erstrecken. Dies schafft eine bessere Abschirmung der Röntgenstrahlen und erlaubt, dass die Schenkel 18/20 und der zentrale Leitungsabschnitt 12a viel kleiner gemacht werden, als es für das Luftsterilisierungssystem 22 erforderlich ist. Die Schenkel 18/20 des Luftsterilisierungssystems 26 können z. B. kleiner als die Hälfte der Größe derjenigen im System 22 sein. Der Wandler 16 für die Wandlung des Ozons in Sauerstoff ist stromabwärts von den Kollimationslei tungen 24a gezeigt, er kann sich aber alternativ stromaufwärts befinden. Beide Luftsterilisierungssystem 22 und 26 (6 und 7) können außerdem jedes der Merkmale oder jede der Variationen enthalten, die früher oben in Bezug auf die Luftsterilisierungssysteme 10 und 25 erörtert worden sind. Außerdem können die Schenkel 18/20 in Winkeln ausgebildet sein, die keine rechten Winkel sind, und dennoch in einer Zickzack-Konfiguration vorliegen.
In 8 enthält in einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Luftsterilisierungssystem 30 einen Luftzirkulator 32, wie z. B. ein Gebläse oder einen Lüfter, um eine Luftströmung durch die Luftleitung 12 an den Elektronenstrahlgeneratoren 14 vorbei zu erzeugen. Eine Verteilungsverbindung 28 erlaubt, dass die sterilisierte Luft für die Verteilung in eine Folge kleinerer Leitungen 28a verteilt wird. Ein einzelner Wandler 16 ist vor der Verbindung 28 gezeigt, um Ozon in Sauerstoff zu wandeln, es kann aber alternativ eine Folge von Konvertern 16 innerhalb jeder Leitung 28a angeordnet sein.
In 9 unterscheidet sich in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Luftsterilisierungssystem 34 vom Luftsterilisierungssystem 30 insofern, als anstatt zwei große Elektronenstahlgeneratoren 14 innerhalb der Luftleitung 12 zu verwenden, das System 34 eine Folge kleiner Elektronenstrahlgeneratoren 14 enthält, die längs jeder einzelnen Leitung 28a angeordnet sind. Jede Leitung 28a kann verwendet werden, um Luft einem einzelnen Benutzer oder separaten Zonen bereitzustellen. Typischerweise sind die Leitungen 28a schmal genug, sodass nur ein Elektronenstrahlgenerator 14 für jede Leitung 28a erforderlich ist, es können jedoch zwei verwendet werden, falls die Luftleitungen 28a größer gemacht werden. Außerdem können Reflektoren 15 verwendet werden. Beide Luftsterilisierungssystem 30 und 34 können jedes der Merkmale oder jede der Variationen enthalten, die früher oben in Bezug auf die Luftsterilisierungssysteme 10, 22, 25 und 26 erörtert worden sind.
In 10 besitzt in einer noch weiteren Ausführungsform ein geschlossenes Volumen 36, wie z. B. ein Raum, eine Halle, eine Kabine oder ein Gebäude, ein Luftsterilisierungssystem 35 mit einem Luftsterilisierungssystem-Einlasssystem 38, um frische sterilisierte Luft in das Volumen 36 zu liefern. Das Einlasssystem 38 ist für die Einfachheit mit nur einem Elektronenstrahlgenerator 14 schematisch gezeigt, wobei es typischerweise zu irgendeinem Luftsterilisierungssystem 10 (1), 25 (4), 22 (6) oder 26 (7) ähnlich ist. Ein Luftzirkulator 32 treibt die Luft in das Volumen 36. Die Luft wird durch einen weiteren Luftzirkulator 32 durch die Auslassleitung 42 aus dem Volumen 36 zirkuliert. Wenn die in das Volumen 36 eingeleitete sterilisierte Luft durch eine Folge von Lüftungsöffnungen, die voneinander beabstandet sind, gelenkt wird, dann kann das Einlasssystem 38 entweder zum Luftsterilisierungssystem 30 (8) oder zum Luftsterilisierungssystem 34 (9) ähnlich sein. Falls außerdem das Volumen 36 relativ luftdicht ist, kann einer der Luftzirkulatoren 32 weggelassen sein. Obwohl das Einlasssystem 38 auf der Oberseite des Volumens 36 und die Auslassleitung 42 auf der Unterseite gezeigt sind, können die Positionen und die Höhe von beiden variiert werden, um der vorliegenden Situation zu entsprechen.
In 11 wird in einer weiteren Ausführungsform ein Luftsterilisierungssystem 40 innerhalb des Volumens 36 verwendet, um die innerhalb des Volumens 36 enthaltene Luft zu zirkulieren und zu sterilisieren. Das Luftsterilisierungssystem 40 kann zu den Luftsterilisierungssystemen 10, 25, 22 oder 26 ähnlich sein. Außerdem kann, wenn mehrere Zufuhr-Lüftungsöffnungen gewünscht werden, das Luftsterilisierungssystem 40 zu irgendeinem der Luftsterilisierungssysteme 30 oder 34 ähnlich sein. Obwohl der Einlass und der Auslass des Luftsterilisierungssystems 40 nah beieinander gezeigt sind, können alternativ der Einlass und der Auslass entfernt angeordnet sein, wie z. B. auf gegenüberliegenden Seiten des Volumens 36. Obwohl in 11 keine Einlass- oder Auslassleitungen in das und aus dem Volumen 36 dargestellt sind, können außerdem alternativ aktiv betriebene oder passive Einlass/Auslass-Leitungen oder -Lüftungsöffnungen enthalten sein.
In 12 ist das Luftsterilisierungssystem 45 eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die verwendet werden kann, um durch einen kreisförmigen Kanal oder eine kreisförmige Leitung 44 strömende Luft zu sterilisieren. Das System 45 enthält einen rechteckigen Leitungsabschnitt 48, an dem entgegengesetzte Elektronenstrahlgeneratoren 14 angebracht sind. Typischerweise besitzt der Leitungsabschnitt 48 eine niedrigere Höhe als die Leitung 44, er besitzt aber eine größere Breite. Dies erlaubt, dass die Elektronenstrahlgeneratoren 14 für eine ausreichende Behandlung der durch die Leitung 44 strömenden Luft mit Elektronenstrahlen 13 verwendet werden, die normalerweise nicht ausreichend hohe Leistung besitzen würden, um tief genug durch die strömende Luft in die Leitung 44 einzudringen, um eine ausreichende Behandlung zu erhalten. Die Übergangsabschnitte 46 verbinden die Leitungsabschnitte 48 mit der Leitung 44 auf gegenüberliegenden Seiten des Leitungsabschnitts 48. Die Übergangsab schnitte 46 besitzen eine Höhe, die von der Leitung 44 zum Leitungsabschnitt 48 fortschreitend abnimmt, und eine Breite, die von der Leitung 44 zum Leitungsabschnitt 48 fortschreitend zunimmt. Typischerweise besitzen die Übergangsabschnitte 46 winklige Ober-, Unter- und Seitenwände, aber alternativ können die Wände gekrümmt sein. Die Elektronenstrahlgeneratoren 14 befinden sich aneinanderstoßend nebeneinander, um eine kontinuierliche Elektronenstrahlüberdeckung über die Breite des Leitungsabschnitts 48 zu schaffen. Eine oder mehrere zusätzliche Reihen von Elektronenstrahlenemittern 14 können in der Richtung der Strömung angeordnet sein, um die Zeitdauer der Bestrahlung zu verlängern, wie gezeigt ist. Falls die Höhe des Leitungsabschnitts 48 niedrig genug ist, kann eine einzelne unbehinderte Reihe von Elektronenstrahlemittern 14 verwendet werden. Obwohl in 12 kein Wandler 16 dargestellt ist, ist es selbstverständlich, dass ein derartiges Merkmal im System 45 enthalten sein kann. Außerdem können die winkligen Übergangsabschnitte 46 verwendet werden, wenn zwei entgegengesetzte Elektronenstrahlgeneratoren 14 oder ein einzelner Elektronenstrahlgenerator 14 verwendet werden.
In den 13–15 ist das Luftsterilisierungssystem 50 eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die geeignet ist, um relativ kleine Strömungsgeschwindigkeiten zu behandeln. Das System 50 enthält einen kleinen Elektronenstrahlgenerator 14 mit niedriger Leistung, der an einer Redaktions- oder Sterilisationskammer 52 angebracht ist. Der Elektronenstrahlgenerator 14 enthält ein zylindrisches Gehäuse 54, das an einem Ende ein Austrittsfenster 14a besitzt. Eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Elektronenkanone 56 erzeugt Elektronen e-, die durch das Austrittsfenster 14a in einen Elektronenstrahl 13 beschleunigt werden. Das distale Ende des Gehäuses 54 des Elektronenstrahlgenerators 14 ist an der Redaktionskammer 52 in einer Weise angebracht, in der das Austrittsfenster 14a über dem inneren Hohlraum 52a der Relationskammer 52 angeordnet und abgedichtet ist, sodass die durch die Elektronenkanone 56 erzeugten Elektronen e- durch das Austrittsfenster 14a in den Hohlraum 52a beschleunigt werden können. Die Redaktionskammer 52 besitzt einen Einlass 58, durch den die strömende Luft eintritt. Eine Düse 62 (14 und 15) ist am Ende oder in der Nähe des Endes des Einlasses 58 angeordnet, um einen Strahl der Luft in den Hohlraum 52a zum Austrittsfenster 14a zu lenken, wobei die Mittelachse des Strahls im Wesentlichen senkrecht zum Austrittsfenster 14a und im Allgemeinen axial zur oder längs derselben Richtung wie der Elektronenstrahl 13 verläuft. Die Düse 62 ist auf der Unterseite des Hohlraums 52a gegenüber dem Austrittsfenster 14a zentral angeordnet, um die Luft gleichmäßig zum Austrittsfenster 14a zu lenken. Die Intensität des Elektronenstrahls 13 in der strömenden Luft nimmt von nah bei null am Boden des Hohlraums 52a zu etwa voller Intensität angrenzend an das Austrittsfenster 14a zu. Folglich besitzt die Bestrahlungszone 11 im Bereich in der Nähe des Austrittsfensters 14a die höchste Intensität der Elektronen e-.
Die Luft wird durch den Elektronenstrahl 13 in der Bestrahlungszone 11 behandelt, wie sie zum Austrittsfenster 14a strömt, wobei sie dann vom Austrittsfenster 14a weg in eine Folge von Auslässen 64 strömt, die bei der oder um die Düse 62 gleichmäßig angeordnet sind. Dies führt zu einer pilzförmigen Strömung der Substanzen. Die Luft wird sowohl in den Vorwärts- als auch Rückwärts-Strömungsrichtungen mit der zunehmenden und abnehmenden Bestrahlungsintensität des Elektronenstrahls bestrahlt, die zusammenwirken, um zu einer relativ gleichmäßigen Bestrahlung zu führen. Folglich wirkt der Hohlraum 52a als eine Gegenstromleitung, in der die Strömung der Luft die Richtung umkehrt. In einer Ausführungsform werden vier Auslässe 64 verwendet. Die Auslässe 64 stehen mit einer Kammer 66 in Verbindung, die mit dem Auslass 68 der Reaktionskammer 52 verbunden ist, durch den die behandelte Luft strömt. In einer derartigen Ausführungsform kann der Elektronenstrahlgenerator 14 ein Austrittsfenster 14a mit einem Durchmesser von 5,08 cm (2 Zoll) besitzen und bei etwa 60 kV arbeiten, wobei die Reaktionskammer 52 einen Hohlraum 52a mit einem Durchmesser von etwa 5,08 cm (2 Zoll) und einer Höhe von etwa 5,08 cm (2 Zoll) besitzt. Außerdem würden irgendwelche Trenn- oder Filtervorrichtungen 16 stromabwärts vom Auslass 68 der Reaktionskammer 52 angeordnet sein. Der Einlass 58, die Düse 62, der Hohlraum 52a, die Auslässe 64, die Kammer 66 und der Auslass 68 einschließlich der Verbindungen mit dem Einlass 58 und dem Auslass 68 können als eine kontinuierliche Leitung ausbildend betrachtet werden.
Während diese Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, ist es für die Fachleute auf dem Gebiet selbstverständlich, dass verschiedene Änderungen in der Form und den Einzelheiten darin vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche eingeschlossen ist.
Anstatt zwei große Elektronenstrahlgeneratoren 14 einander gegenüberliegend anzuordnen, kann z. B. alternativ eine Folge kleiner Elektronenstrahlgeneratoren 14 eine kreisförmige oder ringförmige Luftleitung umgeben, um eine Folge von Elektronenstrahlen darin radial auszurichten. In einer rechteckigen Leitungskonfiguration können Elektronenstrahlgeneratoren 14 an allen vier Seiten angeordnet sein. Es ist selbstverständlich, dass die oben beschriebenen Luftleitungen im Querschnitt rechteckig, polygonal, kreisförmig oder gekrümmt sein können, und dass die Abmessungen oder die Querschnittsfläche abhängig von der vorliegenden Anwendung variiert werden können. Außerdem können die Größe und die Kapazität der Elektronenstrahlgeneratoren 14 variiert werden, um speziellen Anwendungen zu entsprechen. Obwohl die graphischen Darstellungen der 2, 3 und 5 für Elektronenstrahlgeneratoren 14 sind, die bei etwa 125 kV arbeiten, ist die Form der Kurven für jede Betriebsspannung oder Leistung ähnlich. Außerdem können verschiedene Merkmale der oben beschriebenen Luftsterilisierungssysteme kombiniert, ersetzt oder weggelassen werden. In allen oben beschriebenen Luftsterilisierungssystemen kann ein allgemeines Filter, um große Partikel und Bruchstücke zu erfassen, stromaufwärts der Elektronenstrahlgeneratoren 14 angeordnet sein. Ein Luftzirkulator 32 kann entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Elektronenstrahlgeneratoren 14 oder sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts angeordnet sein. In einigen Fällen können einige oder alle Luftzirkulatoren 32 weggelassen sein, falls die Zirkulation durch die Luftleitungen durch andere Mittel, wie z. B. natürliche Luftströmungen, geschaffen werden kann. Außerdem können außer der Behinderung von Mikroorganismen in der Luft einige Verseuchungsstoffe in der Luft, wie z. B. Chemikalien, Dämpfe oder Gase, durch die vorliegende Erfindung entfernt oder neutralisiert werden. Schließlich können die Luftsterilisierungssysteme der vorliegenden Erfindung Teil eines Luftzirkulationssystems sein oder innerhalb eines Luftzirkulationssystems vorhanden sein, oder sie können selbst ein Luftzirkulationssystem sein.

Claims

System (10) zum Sterilisieren von Luft, das aufweist: eine Leitung (12), um die Luft da hindurch strömen zu lassen; und einen ersten Elektronenstrahlgenerator (14), der ein Austrittsfenster (14a) hat, das relativ zu der Leitung (12) angeordnet ist, um die Luft, die da hindurchströmt, mit einem ersten Elektronenstrahl (13), der den ersten Elektronenstrahlgenerator (14) durch das Austrittsfenster (14a) verlässt, zu bestrahlen, wobei der erste Elektronenstrahl (13) zum Behindern von Mikroorganismen innerhalb der Luft ist.
System nach Anspruch 1, in welchem das Sterilisierungssystem (10) in einem Luftzirkulationssystem ist.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Wandler (16) aufweist, der innerhalb der Leitung (12) stromabwärts von dem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) angeordnet ist, um Ozon innerhalb der Luft in Sauerstoff zu wandeln.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Reflektor (15) in der Leitung (12) gegenüber dem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) zum Reflektieren des ersten Elektronenstrahls (13) aufweist.
System nach Anspruch 1, das ferner einen zweiten Elektronenstrahlgenerator (14) aufweist, der relativ zu der Leitung (12) gegenüber dem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) angeordnet ist, um die Luft, die durch die Leitung (12) strömt, mit einem Elektronenstrahl (13) zu bestrahlen.
System nach Anspruch 1, in welchem die Leitung (12) zwei rechtwinklige Wendungen auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektronenstrahlgenerators (14) hat, um eine Abschirmung von der Strahlung zur Verfügung zu stellen.
System nach Anspruch 6, in welchem die Leitung (12) kollimiert ist.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Luftzirkulator (32) aufweist, um die Luft dazu zu veranlassen, durch die Leitung (12) zu strömen.
Verfahren zum Ausbilden eines Systems (10) zum Sterilisieren von Luft, das aufweist: eine Leitung (12), um Luft durch diese hindurch strömen zu lassen, wird zur Verfügung gestellt; einen ersten Elektronenstrahlgenerator (14), der ein Austrittsfenster (14a) relativ zu der Leitung (12) hat, um die da hindurchströmende Luft mit einem ersten Elektronenstrahl (13) zu bestrahlen, der den ersten Elektronenstrahlgenerator (14) durch das Austrittsfenster (14a) verlässt, wird angeordnet, wobei der erste Elektronenstrahl (13) zum Behindern von Mikroorganismen innerhalb der Luft ist.
Verfahren nach Anspruch 9, das aufweist, dass das System (10) in einem Luftzirkulationssystem gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner aufweist, dass ein Konverter (16) innerhalb der Leitung (12) stromabwärts von dem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) angeordnet wird, um Ozon innerhalb der Luft in Sauerstoff zu wandeln.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner aufweist, dass ein zweiter Elektronenstrahlgenerator (14) relativ zu der Leitung (12) gegenüber dem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) angeordnet wird, um die Luft, die durch die Leitung (12) strömt, mit einem zweiten Elektronenstrahl (13) zu bestrahlen.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner aufweist, dass ein Reflektor (15) in der Leitung (12) gegenüber dem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) zum Reflektieren des ersten Elektronenstrahls (13) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner aufweist, dass zwei rechtwinklige Wendungen in der Leitung (12) an gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektronenstrahlgenerator (14) ausgebildet werden, um eine Abschirmung von einer Strahlung zur Verfügung zu stellen.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner aufweist, dass die Leitung (12) kollimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner aufweist, dass eine Luftzirkulation (32) in Relation zu der Leitung (12) positioniert wird, um die Luft zu veranlassen, da hindurchzuströmen.
Verfahren zum Sterilisieren von Luft, das aufweist: die Luft strömt durch eine Leitung (12); und die Luft, die durch die Leitung (12) strömt, wird mit einem ersten Elektronenstrahl (13) von einem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) bestrahlt, wobei der erste Elektronenstrahlgenerator (14) ein Austrittsfenster (14a) hat, wobei der erste Elektronenstrahl (13) den ersten Elektronenstrahlgenerator (14) durch das Austrittsfenster (14a) verlässt, wobei der erste Elektronenstrahl (13) Mikroorganismen innerhalb der Luft beeinträchtigt.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner aufweist, dass die Luft innerhalb eines Luftzirkulationssystems sterilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner aufweist, dass Ozon innerhalb der Luft in Sauerstoff mit einem Wandler (16) gewandelt wird, der innerhalb der Leitung (12) stromabwärts von dem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner aufweist, dass die Luft, die durch die Leitung (12) strömt, mit einem zweiten Elektronenstrahl (13) von einem zweiten Elektronenstrahlgenerator (14) bestrahlt wird, der gegenüber dem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner aufweist, dass der Elektronenstrahl (13) mit einem Reflektor (15) in der Leitung (12) gegenüber dem ersten Elektronenstrahlgenerator (14) reflektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner aufweist, dass eine Abschirmung von einer Strahlung zur Verfügung gestellt wird, indem zwei rechtwinklige Wendungen in die Leitung (12) auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Elektronenstrahlgenerator (14) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner aufweist, dass die Luft dazu veranlasst wird, durch die Leitung (12) mit einem Luftzirkulator (32) zu strömen.
Verfahren nach Anspruch 17, in welchem zumindest ein Teil der Leitung (12) eine Sterilisationskammer (52) ausbildet, wobei das Verfahren ferner aufweist, dass die Luft in die Sterilisationskammer (52) im Allgemeinen entgegen der Richtung des Elektronenstrahls (13) ausgerichtet wird und die Luft allgemein entlang der Richtung des Elektronenstrahls (13) neu ausgerichtet wird, um die Luft zu bestrahlen und Mikroorganismen in der Luft zu beeinträchtigen.