紫外光处理室的制作方法[0001]本申请是国际申请PCT/US2006/031643，中国国家阶段申请号200680036959.4的发明专利申请的分案申请。发明领域[0002]本发明一般涉及使用紫外光处理液体和气体的方法和装置。[0003]发明背景[0004]人们特别需要适用于对液体和气体进行灭菌和/或减少污染的方法和装置，例如城市饮用水供应、用于工业加工和药物制造的超纯水系统、用于实验的水和试剂、用于无菌室的气体等领域中。使用这些方法和装置可以有益地减少或消除使用化学气溶胶、化学防腐剂、微量过滤、以及对液体和/或气体进行灭菌的其他材料和过程的需要。[0005]例如在美国专利4948980中描述了通过管体外部的紫外光来照射介质的装置，该专利通过参考结合于此。美国专利4948980提供了一种包括管体和至少两个紫外光源的装置，待照射的介质从该管体中流过，这些紫外光源具有设置在该管体外部的反射器，并且该装置具有平行轴。美国专利4948980中描述的装置通过镜面反射器来控制紫外光发出的光图案的均一性。这些紫外光源比较平坦，并且以镜面反射器的边缘对齐，使得反射器中的光学效应最小化。美国专利4948980没有评价高反射率漫反射器在处理具有低吸收截面的液体或气体方面的用 途，也没有预期到当整个室的净反射率接近100%时，传递给目标物的剂量有很大提闻。[0006]美国专利公开2004/0166018描述了一种紫外空气灭菌室，该室包括具有漫反射性的内表面，该公开文献通过参考结合于此。该灭菌室包括进口孔和出口孔以及光源，进口孔和出口孔使空气能够流过该室，光源发出紫外光。美国专利公开2004/0166018没有试图提高相对于整个室体积的透明或半透明容量体积，从而尽可能提高该装置的性能。[0007]在美国专利6228332中，使用短期、高强度的脉冲广谱多色光来处理水使微生物失活，该专利通过参考结合于此。如美国专利6228332中所述，使水中的微生物失活涉及用广谱多色光的至少一种短期、高强度脉冲对水进行照射。该系统包括不漏水的外壳，该外壳具有供水流通的进口和出口。在该不漏水的外壳中设置有管状光源和管状挡板，管状光源使微生物失活，管状挡板引导水流。水进入进口，在不漏水的外壳和管状挡板之间以一个方向流动，绕过管状挡板的末端，并且以第二方向再次流过管状挡板的中心，离开出口。在这种情况下，水在提供了广谱多色光的至少一种短期、高强度脉冲的管状光源周围流过。但是，美国专利6228332中没有描述反射表面和基本封闭处理室，从而在处理液体和气体目标物时实现尽可能高的效率。
[0008]本发明涉及以上这些以及其他的需要。
[0009]发明概述
[0010]本发明一般涉及使用紫外光处理液体和气体的方法和装置。
[0011]在一个实施方式中，描述了用于处理液体或气体的装置。该装置包括一个至少有80%封闭的室、该室内包括的紫外灯、紫外光透射管(该管穿过该室，管中有液体或气体流过)、以及涂覆或浸撒该室内侧的反射材料，其中该材料的反射率至少为80%。
[0012]在一个实施方式中，冲击在液体或气体上的紫外辐照度约为0.01-20瓦/平方厘米。
[0013]在一个实施方式中，该反射材料可以是漫反射器或镜面反射器之类的反射器，从而延长到紫外灯活性部分的距离。该反射器材料可以是聚四氟乙烯(PTFE)、膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)、其他类似塑料，或者涂覆的、阳极化处理的、或磨光的铝中的任何一种。
[0014]在另一个实施方式中，所述反射材料是位于室内侧上的涂层，其中，该反射涂层可以是粘结剂与一种或多种反射添加剂的混合物，所述反射添加剂可以是例如硫酸钡、氟化镁、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化钦、氧化钙、氧化镧、氧化锗、氧化碲、氧化铕、氧化铒、氧化钕、氧化钐、氧化镱、氧化锆、任何其他氧化物、或者能够作为涂层沉积从而形成高反射率表面的其他反射材料。
[0015]在另一个实施方式中，所述室可以包括挡板。在又一个实施方式中，所述室可以具有进口和/或出口，紫外光透射管通过所述进口和/或出口进入和/或离开该室。所述进口和/或出口可以设置成曲折路径。
[0016]附图简要说明
[0017]通过参考以下详细说明以及附图，本发明实施方式的上述以及其他目的和特征及其实现方式将是显而易见的，并且，能够更好地理解这些实施方式本身，其中:
[0018]图1是显示优选实施方式概览的示意图； [0019]图2是本发明实施方式的处理室在轴向截面上的图；
[0020]图3说明具有通畅流动路径的本发明实施方式的纵向截面；
[0021]图4是本发明实施方式的一部分的纵向截面图，该实施方式具有位于流动路径中的光反射挡板。
[0022]本发明优选实施方式
[0023]以上是对实施本发明的最佳方式的说明。这种说明并非限制意义的，而是仅仅为了描述本发明的一般原理。本发明的范围应当参考权利要求书确定。
[0024]本发明所述的装置使处理目标液体或气体需要的总UV能量大大降低至确定的剂量水平。这个目的通过以下做法实现:将目标物和紫外光源放置在处理室中，该处理室的壁具有极高反射率的衬层或涂层，尽可能减小室壁中开口的尺寸和数量以及室内的吸收表面。该室的设计使得UV照射效率提高，从而增加光子沉积。通过这些条件的组合获得协同作用，原因是传递给目标物的剂量随着室壁反射率的提高以及室的封闭率接近100%而发生指数增加。得到的协同效应比各条件单一效应的总和更有效。例如，具有99%反射壁的完全封闭室传递给目标物的剂量是90%反射壁的相同室所传递剂量的10倍。
[0025]在紫外光透射管中处理液体或气体而将该液体或气体与室壁隔离的做法是有益的。可以将管引入上述室中。要使传递给紫外光透射管中的目标物以及管中携带目标物的紫外光透射介质的剂量最大化，则所述紫外光透射管应当封闭尽可能多的室体积。这种做法使在壁之间发生反射、而没有通过透射管进入目标区域中的光量最小化。
[0026]紫外光的波长比可见光短，紫外光包括10-400纳米的波长，一般对应于
7.5 X 1014-3 X IO16赫兹的频率。在电磁波谱中，紫外光的波长小于可见光谱中紫色光的波长、但是大于X射线的波长。紫外光分成三种:近紫外(NUV)、远紫外(FUV)和极远紫外(EUV);近紫外最接近可见光，由400-100纳米的波长组成；远紫外位于NUV之后，由300-200纳米的波长组成；极远紫外位于FUV之后和X射线之前，由200-100纳米的波长组成。紫外光也可以根据生物效应分成UV-A(400-315纳米)、UV-B(318-280纳米)和UV-C(280-100纳米)波段，这些波段并不直接对应于上述分类名称。
[0027]虽然用波长超过200纳米的UV光子进行激励时能够发生大多数UV照射处理，但是许多应用还是使用低于200纳米的光从而提高处理速率。在这种方式中，大多数光源的效率较低。这种低效率进一步推动了对将UV光子传递给所需目标物的高效系统的需求。
[0028]以下一般描述使用紫外光处理液体和气体的方法和装置。虽然以下描述具体涉及对液体或气态物质进行处理，但是应当理解，本发明实施方式的装置可以简单地适应于处理固体物质，例如悬浮体或乳剂中的颗粒、食品、外科器械等。例如，可以对处理室进行改装，取消透射管以及进口和出口，代之以放置固体物质的凹座。这种安排会使处理室完全或接近完全封闭。除了固体物质之外，使用略微改进的装置还可以处理封闭在容器中的液体和气体，例如试剂瓶、血浆袋和血液成分袋、以及其他包装的液体和气体。[0029]紫外光适用于使微生物失活或者杀死微生物，所述微生物包括细菌、病毒、真菌、霉菌孢子、原生动物以及类似生物材料。当紫外辐射使生物分子例如核酸(即脱氧核糖核酸(DNA)和/或核糖核酸(RNA))以及蛋白质例如酶发生变化或变异时，导致失活。当原生DNA暴露于足够水平的紫外辐射时，遗传物质中形成变种。最常见的变种是5，6-环丁基二嘧啶、嘧啶二聚体、嘧啶加合物、嘧啶水合物和DNA-蛋白质交联。直接的蛋白质损伤不太常见，但是由于蛋白质吸收波长大于290纳米的辐射而对其他生物分子造成间接损伤的现象是具体相关的；在这些波长条件下的蛋白质吸收剂一般包括色氨酸和酪氨酸。存在氧时，从色氨酸的激发三线态向氧的能量传递产生单线态氧。因此，蛋白质中的色氨酸通过产生游离基氧在UVB波段作为内源光敏剂，与蛋白质、不饱和类脂、以及核酸中的碱反应。在任何情况下，紫外辐射促进单线态氧和羟基游离基的形成，从而对细胞蛋白质、类脂和碳水化合物造成损伤。
[0030]当紫外辐射穿透膜状微生物的膜并且改变其遗传物质(在较低程度上是指蛋白质，例如酶)时，使该微生物失活或者杀死该微生物。当微生物持续遭受显著的生物分子损伤时，该微生物会死亡。当遗传和/或蛋白质类物质发生改变(但是可能并未完全破坏)时，该微生物可能再也无法复制。如果无法复制并且大多数微生物的寿命缩短时，则经过紫外辐射处理的材料中的种群大小将迅速缩减。
[0031]对于病毒的情况，紫外辐射使遗传物质发生变异，使得该病毒再也不能感染寄主细胞并且/或者采用寄主的细胞机体在寄主组织内发生增殖。使典型细菌(例如阴沟肠杆菌(Enterobacteria cloacae)、肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)、绿胺杆菌(Pseudomonas aeruginosa)、鼠伤寒沙门氏杆菌 A (Salmonella typhimurium A)、霍乱弧菌(Vibrio cholerae)和大肠杆菌(Escherischia coli))失活的UV剂量为20-30毫焦/平方厘米。对于形成孢子的细菌(例如形成孢子状态的枯草杆菌)，该剂量较高，一般至少为60毫焦/平方厘米。使脊髓灰质炎病毒和轮状病毒之类病毒失活需要30-40毫焦/平方厘米的剂量，但是其他病毒可能需要更高的剂量。使用低至10毫焦/平方厘米的剂量就能杀死微小隐孢子虫和鼠贾第鞭毛虫之类的原生动物(《紫外应用手册》(Ultraviolet Applications Handbook),第二版，James R.Bolton,伯顿光科学公司(Bolton Photosciences, Inc.)，2001,第 37 页)。
[0032]还可以用紫外光将化学物质(特别是有机化学物质)分解成更安全或者更容易清
除的组分，所述清除方法是指活性炭过滤、树脂床、或反渗透，这些清除方法的特征是能够
与本发明所述的装置和方法联合使用。这种分解操作来自于直接光子吸收或OH基分解，
OH基通过紫外光与水分子或OH基的其他可能来源互相作用而在所述化学物质分子附近产生。
[0033]能够导致有机物质的普通化学键发生这种解离效果的解离波长和最大波长的表
格如下所示。
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