智慧频出!中环照明剖析UVLED三大案例

UVLED风向标 · 2020-06-10

已上头条

UV LED风向标已经推出《UV LED产业发展白皮书》之UVC应用案例大探讨(一)、典型案例大探讨2!行家解读UVC消费类应用产品、案例大激辩3!UVC LED车用杀菌利弊几何?和群英论道4!行家解读UVC在传感器/机器人典型应用案例四期案例探讨,交流分享了有关UVC LED用于医护人员防护服消毒、半功能性口罩、UV LED「除菌棒」/「手电筒」、口罩消毒盒、车用杀菌以及传感器/机器人的应用案例。

今天,中环照明对「集成UVC LED杀菌模块的空气净化器」、「UV杀菌波段和剂量测试仪」、「UV LED在物理杀毒灭菌领域」的应用三个案例进行剖析,并提出了独到的解决方案,详情如下:

行家点评

中环照明

案例1:集成UVC LED杀菌模块的空气净化器

案例简介:空气净化器中的UV LED杀菌模块,通过UVLED杀菌来净化鼓风机送出的风。UV LED杀菌功能可以对诸如大肠杆菌,金黄色葡萄球菌和霉菌等有害细菌灭杀99.9%。

案例优点:

1、利用UVC LED对细菌、病毒的有效杀灭效果,结合净化器送风系统,对室内空气进行循环式的净化、杀菌;

2、UVC LED模块可以达到高效灭杀细菌的能力,减少其光复活的几率,杀菌率可高达99.9%;

3、UVC LED杀菌消毒具有广谱性,破坏微生物机体细胞中的DNA或RNA的分子结构,几乎可以杀灭所有的“致病微生物”;

4、UVC LED杀菌消毒属于纯物理方法,没有二次污染的风险,无毒、无残留、无异味。

案例弊端:

1、基于AlGaN材料的UVC LED芯片外延材料存在大量的位错密度,而导致电光转换效率极低,目前该领域的基本水平一般在1~3%;同时,UVC光谱属于短波波长,穿透力弱,在封装材料、透镜以及空气等介质中的穿透率也非常低。因此,基于以上的技术瓶颈,增加了UVC LED的实际应用难度;

2、受制于UVC LED单价高的问题,带有UV LED杀菌消毒模块的空气净化器相较于普通规格型号,生产成本以及销售价格会倍数增加。

实现难点:

1、考虑到空气净化器送风口的额定风量会达到100~200m3/H,换算成风速即接近1.7m/s,对于UVC LED单位面积的辐射强度和空间分布等提出了很高的技术要求;

2、 在通风管路中设置UVC LED模块,会不可避免地对额定风量和噪音产生影响,所以需要进行空气动力学的仿真模拟,对高速气体在复杂腔体内的运动以及与腔壁的交互作用进行模型推演,再将UVC LED模块的结构进行优化设计,使影响降到最低程度;

3、目前,紫外线杀菌消毒的国家标准只针对低压、中压汞灯,缺少对UV LED的相关法规和要求;同时,对“致病微生物”的生物验证实验也存在法规不健全的问题。

贵司解决方案(如有):

解决方案:

空气是疾病传播的主要媒介之一, 在相对封闭的室内空间、人员密集流动的办公场所以及对控制细菌、病毒感染要求较高的医疗机构,有效的空气杀菌消毒是预防和控制疾病传播的重要措施。

中环照明研发的带有杀菌消毒模块的空气净化器,内部设置了100W以上的UVC LED模组。通过对室内空气的循环过滤,从而有效地杀灭空气中存活的、或以气溶胶和飞沫方式传播的细菌、病毒,解决了上述场合的应用需求,同时也不会产生二次污染的问题。

案例2:UV杀菌波段和剂量测试仪

案例简介:目前,紫外UVLED灭杀细菌、病毒的产品上市数量激增,但剂量和波长没有标准可依,本设备可实现不同波段、不同辐射剂量下的紫外LED对新型冠状病毒等致病微生物进行杀灭试验,最终获得可行性的最佳紫外LED杀灭波段区间和杀灭剂量。

案例优点:

1、不同波段模组替换方便,波段精度高(±2.5nm),波段可选(260-410nm),辐射剂量可调;

2、参数稳定,光源辐射能量均匀,被照射平面均匀度为1;

3、剂量控制精度高,精确到0.01秒;

案例弊端:

1、由于目前条件,试验台温度不可控;

2、微生物的杀灭率需要其它设备配合测试。

实现难点:

1、高可靠性UVLED,实现高精度过程,波段精度±2.5nm;

2、 高均匀度光学控制;

解决方案:

针对新型冠状病毒等致病微生物紫外LED器件研究,需要创新封装结构设计与工艺,提高紫外LED器件的电光转换效率和可靠性;经过光热模拟完成可靠性设计及光学设计,达到试验参数要求。

案例3:UV LED在物理杀毒灭菌领域的应用

案例简介:紫外线对大多数细菌、病毒和原生动物都具有良好的灭活效果,254nm波长紫外光达到4Log灭活所需剂量为:原生动物Giardia lamblia(贾第鞭毛虫)<10mJ/cm2,细菌Escherichia coli ATCC 11229(大肠杆菌ATCC 11229)10 mJ/cm2,病毒Hepatitis A(甲型肝炎ssRNA)21 mJ/cm2、Adenovirus Type40(40型腺病毒dsDNA)124 mJ/cm2。

案例优点:

高效:原生动物、细菌、病毒、藻类等都可以有效杀灭,只是所需能量大小不同;

无毒:不会带来副产物,不改变总有机物(TOC)、pH值,无腐蚀性;

可调:根据需要使用环境不同,操作(即调高或调低)紫外线辐照剂量相对容易;

易用:紫外线设备的占地面积相对较小,通常适合改装到现有装置中(如水处理、中央空调管道、城市道);

快速:即开即用,消毒速度快。

案例弊端:

消毒能力不能维持:没有残留的消毒能力。

汞污染:汞灯紫外消毒器件,紫外线灯的破裂可能会造成汞污染。

断电:电源供应可能会中断。

活化的暗机制和光机制:暗机制是细菌修复损坏的DNA,形成新的DNA链;光机制是利用UVA激活一种酶,把T-T二聚体解开。通常在曝光在太阳光里面的污水处理要考虑阳光中UVA的再活化。密闭环境水处理,通常不用考虑。

实现难点:

1、按光化学第一定律,光必须被物质吸收才能发生光化学反应。确定物质的吸收波长显得尤为重要,尤其是最大吸收波长的确定可以提高病毒杀灭效率。

2、早在2006年,美国环境署颁布的LT2ESWTR条例发布了基于低压254nm紫外线汞灯实验数据,给出不同致病微生物杀灭剂量。而在James R. Bolton, PhD所着《紫外线杀菌手册》一书中提到基于当时的低压紫外线汞灯技术,难以提供260nm以上有效杀菌实验波长的紫外线光源,所以无260-300nm区间的杀毒灭菌效果实验数据支撑。

3、UVC随照射距离增加能量衰减严重。照射距离为1cm时UVCLED光功率为12175.2μW/cm2、紫外灯管光功率为14834.4μW/cm2,照射距离为10cm时UVCLED光功率为3458.5μW/cm2、紫外灯管光功率为3384.4μW/cm2,衰减率分别为71.6%和77.2%。

解决方案:

目前市场能够稳定提供260nm-285nm波长的UVC产品,伴随着近年来深紫外LED芯片取得长足发展,UVC LED很多波长产品技术日趋成熟,为精准波长杀毒灭菌测试提供了可靠的硬件支持。天津中环电子照明公司自主研发了“紫外LED灭菌实验设备”具有体积小、波段可选(200-400nm)、启动时间短(纳秒级)、启动电压小(5-7V)、环境友好(无汞污染),采用LED阵列形式无需预热,光强更均匀,实验误差小等特点,可用于精准测试不同波长紫外线杀灭致病微生物所需光强及辐射能量。

期待业界与疾控部门以及相关研究机构建立协同研究与技术开发机制,发挥各自特长,协同发展,强化信息沟通与技术协作。共同实验,测试不同致病微生物(细菌、原生动物、病毒、细菌孢子、腺病毒、藻类)的最大吸收波长,根据杀灭环境选择不同波长紫外LED设备杀灭致病微生物;加快推进最佳波长条件下,不同致病微生物的致死剂量测试,完善紫外LED杀毒灭菌的国家标准,使企业生产有规可依,使紫外LED技术能早日高效安全应用于疾病防控领域。

好了,今天的《UV LED产业发展白皮书》之UV LED应用案例大探讨就先达到这里了,To be continued……

疫情推动行业大热,与此同时,产业链之间的信息仍然不够对称,且不少新兴应用端难以找到对的供应商和有价值的信息。去年12月,行家说、UV LED风向标,联合UV LED产业联盟、产业链领军企业共同启动了《2019-2020年UVLED产业发展白皮书》的编写工作。为了帮助产业链各环节更健康快速发展,主办方 行家说 X UV LED风向标 综合研判各方面因素以及行业市场的需求,稳妥审慎研究后决定,将于2020年7月3日在深圳前海华侨城JW万豪酒店举办2020行家Point·深紫外LED论坛及新产品发布会,与数十家参编单位同步发布白皮书相关成果。