一种紫外灭菌模组、灭菌灯及空气过滤器

文章来源：http://www.iguolvqi.com/ 2025年02月12日点击数：174

一种紫外灭菌模组、灭菌灯及空气过滤器
技术领域
本发明涉及杀菌设备领域，尤其涉及一种紫外灭菌模组、灭菌灯及空气过滤器。

背景技术
UVCLED技术是一种基于紫外线的消毒技术，其原理是通过UVCLED紫外灯发出特定波长的紫外线来进行照射杀菌，目前UVCLED紫外技术由于成熟度高、灭菌效果稳定、使用寿命长、节能、无臭氧等优点被广泛应用在空气过滤器中。但目前的UVCLED紫外灭菌灯，其内部用来产生紫外光的UV-LED模组的散热性能较差，UVCLED紫外灭菌灯在长时间工作时仍会发热严重，而温度超过一定值时，会使内部UV-LED模组中的UV-LED芯片所发出紫外光的波长将会产生偏移，长时间在小幅超过建议结温或者短时间内大幅超过建议结温的环境下工作时，会造成UV-LED芯片快速老化甚至导致芯片的损坏，影响到了灯组发光功率的可靠性以及寿命。

发明内容
本发明实施例提供一种紫外灭菌模组、灭菌灯及空气过滤器，解决现有紫外灭菌模组的散热性能差的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种紫外灭菌模组，其包括：
壳体，设有安装紫外灯芯片的安装面；
散热组件，包括第一金属件、第二金属件以及半导体件，所述第一金属件与所述安装面相邻设置，所述第二金属件远离所述安装面且与所述第一金属件相间隔，所述半导体件连接于所述第一金属件与所述第二金属件之间；
电源模块，与所述第一金属件和所述第二金属件电连接，所述电源模块用于提供使载流子从所述第一金属件经由所述半导体件流向所述第二金属件的电流。
在本发明实施例提供的紫外灭菌模组中，所述半导体件包括至少一个P型半导体，所述P型半导体的两端分别与所述第一金属件和所述第二金属件连接限定出第一电偶臂，所述电源模块的正极与所述第一电偶臂的所述第一金属件电连接，所述电源模块的负极与所述第一电偶臂的所述第二金属件电连接。
在本发明实施例提供的紫外灭菌模组中，所述半导体件还包括至少一个N型半导体，所述N型半导体的两端分别与所述第一金属件和所述第二金属件连接限定出第二电偶臂，所述第二电偶臂的所述第一金属件与所述第一电偶臂的所述第一金属件相连，所述电源模块的正极连接于所述第二电偶臂的所述第二金属件，所述电源模块的负极连接于所述第一电偶臂的所述第二金属件。
在本发明实施例提供的紫外灭菌模组中，所述第一电偶臂与所述第二电偶臂共同限定出热电偶，多个所述热电偶依次与所述安装面相邻设置，相邻两个所述热电偶其中一者中的所述第二电偶臂的所述第二金属件与其中另一者的所述第一电偶臂的所述第二金属件相连，所述电源模块的负极连接于首个所述热电偶中所述第一电偶臂的所述第二金属件，所述电源模块的正极连接于末个所述热电偶中所述第二电偶臂的所述第二金属件。
在本发明实施例提供的紫外灭菌模组中，所述散热组件还包括第一导热件，所述第一导热件设于所述第一金属件与所述安装面之间且与所述第一金属件、所述安装面接触。
在本发明实施例提供的紫外灭菌模组中，所述紫外灭菌模组还包括散热翅片，多个所述散热翅片间隔分布于所述第二金属件远离所述第一金属件的一侧。
在本发明实施例提供的紫外灭菌模组中，所述散热组件还包括第二导热件，所述第二导热件设于所述第二金属件与所述散热翅片之间且与所述第二金属件、所述散热翅片接触。
在本发明实施例提供的紫外灭菌模组中，所述散热翅片长度为87mm，宽度为30mm，厚度为9mm。
第二方面，本发明实施例提供了一种灭菌灯，该灭菌灯包括上述第一方面所述的紫外灭菌模组。
第三方面，本发明实施例提供了一种空气过滤器，该空气过滤器包括上述第二方面所述的灭菌灯。
本发明实施例提供一种紫外灭菌模组、灭菌灯及空气过滤器，所述紫外灭菌模组包括壳体、散热组件以及电源模块；所述壳体设有安装紫外灯芯片的安装面；所述散热组件包括第一金属件、第二金属件以及半导体件，所述第一金属件与所述安装面相邻设置，所述第二金属件远离所述安装面且与所述第一金属件相间隔，所述半导体件连接于所述第一金属件与所述第二金属件之间；所述电源模块与所述第一金属件和所述第二金属件电连接，所述电源模块用于提供使载流子从所述第一金属件经由所述半导体件流向所述第二金属件的电流，通过电流在流动过程中载流子在金属中的势能低于半导体中的势能，使第一金属件将安装面上紫外灯芯片工作产生的热量吸收，远离安装面的第二金属件将热量释放，实现了紫外灯芯片的高效散热，延长了紫外灯芯片的使用寿命。

附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的紫外灭菌模组的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的紫外灭菌模组的侧视图；
图3为本发明实施例提供的紫外灭菌模组的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的紫外灭菌模组的第一电偶臂与第二电偶臂的连接示意图；
图5为本发明实施例提供的紫外灭菌模组的热电偶的连接示意图；
图6为本发明实施例提供的紫外灭菌模组的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的灭菌灯的结构示意图；
图中各附图标记为：
100、紫外灭菌模组；10、壳体；101、安装面；102、紫外灯芯片；20、散热组件；21、第一金属件；22、第二金属件；23、半导体件；231、P型半导体；232、N型半导体；2301、第一电偶臂；2302、第二电偶臂；24、热电偶；25、散热翅片；26、第一导热件；27、第二导热件；30、电源模块。

具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。此外，在附图中，结构相似或相同的结构是以相同标号表示。
参照图1至图6，具体可参照图1和图2，其展示了本发明提供的紫外灭菌模组100的一实施例，下面结合说明书附图对该紫外灭菌模组100的结构及工作原理做详细地说明。该所述紫外灭菌模组100包括壳体10、散热组件20以及电源模块30；所述壳体10设有安装紫外灯芯片102的安装面101；所述散热组件20包括第一金属件21、第二金属件22以及半导体件23，所述第一金属件21与所述安装面101相邻设置，所述第二金属件22远离所述安装面101且与所述第一金属件21相间隔，所述半导体件23连接于所述第一金属件21与所述第二金属件22之间；所述电源模块30与所述第一金属件21和所述第二金属件22电连接，所述电源模块30用于提供使载流子从所述第一金属件21经由所述半导体件23流向所述第二金属件22的电流。
具体实施中，紫外灭菌模组100为用于发出可消灭细菌等微生物的紫外光，通常紫外光可分为长波紫外（UVA，320-400nm）、中波紫外（UVB、280-320nm），短波紫外（UVC，200-280nm）和真空紫外（VUV，100-200nm）。发光波长位于中波紫外及其以下的LED称为深紫外LED。深紫外LED具有杀菌消毒的作用，通过利用高能量紫外线照射微生物（细菌、病毒、芽抱等病原体）并破坏核酸结构，从而达到微生物灭活的目的。
本实施例中，紫外灭菌模组100可发出中波紫外及以下波长的紫外光，用来消灭微生物（细菌、病毒、芽抱等病原体），紫外灭菌模组100所发光的类型由紫外灯芯片102决定，紫外灯芯片102为紫外灭菌模组100发出紫外光的主要部件，紫外灯芯片102的类型具体为可发出中波紫外及以下波长紫外光的芯片，例如UVBLED芯片、UVCLED芯片或者VUVLED芯片等。紫外灭菌模组100的壳体10为安装各种部件的基础，壳体10上设置有专门用来安装紫外灯芯片102的安装面101，紫外灯芯片102在安装面101上发光工作，安装面101的紫外灯芯片102通常设有多个，多个紫外灯芯片102共同发光工作增加照射强度。紫外灯芯片102在长时间发光工作时，会产生很多的热量，散热组件20主要设置在壳体10，用来对紫外灯芯片102进行散热。散热组件20由第一金属件21、第二金属件22以及半导体件23组成，第一金属件21和第二金属件22两者均为导热性良好的金属设计而成，例如铜、铝等金属，第一金属件21和第二金属件22两者可采用同一种金属，也可以采用不同的金属，在此不做限制。第一金属件21主要设置在与壳体10的安装面101相邻的位置，而第二金属件22则设置在远离壳体10的安装面101的位置，并且第二金属件22与第一金属件21两者相互间隔，半导体件23连接在了第一金属件21和第二金属件22之间，即半导体件23一部分连接到第一金属件21，另一部分连接到第二金属件22，半导体件23具体为半导体材料设计而成，半导体件23的类型在此不做限制，采用P型掺杂的半导体或者N型掺杂的半导体设计都可以。电源模块30具体为电池或者是能够产生电动势的装置，电源模块30的电极与第一金属件21和第二金属件22电性连接，这里电源模块30可提供使载流子从第一金属件21经由半导体件23流向第二金属件22的电流，例如，电源模块30产生由第一金属件21流向第二金属件22方向的电流或者由第二金属件22流向第一金属件21方向的电流，即在电源模块30的作用下，电流可从第一金属件21流向半导体件23再从半导体件23流向第二金属件22，或者电流可从第二金属件22流向半导体件23再从半导体件23流向第一金属件21。电流通过第一金属件21、半导体件23以及第二金属件22完成循环。在电流流动的过程中，由于载流子（包括电子和空穴）在半导体中的势能高于其在金属中的势能，按照能量守恒定律，载流子从第一金属件21进入到半导体件23的过程为低势能向高势能，需要吸收能量，而载流子从半导体件23进入到第二金属件22的过程为高势能向低势能，需要释放能量，因此在电源模块30工作时，第一金属件21会吸收壳体10的安装面101上的热量为载流子提供能量，而第二金属件22又将载流子吸收的能量以热量的形式释放出来，由此，壳体10的安装面101上的紫外灯芯片102工作时产生的热量被第一金属件21吸收并在远离安装面101的第二金属件22位置进行释放，一吸一放的过程，实现了对紫外灯芯片102的高效散热，可以使紫外灯芯片102可以维持在合适的温度，有效避免了高温影响紫外灯芯片102的发光功率或损坏紫外灯芯片102。
本实施例将散热模组的第一金属件与安装紫外灯芯片的安装面相邻设置，第二金属件设置远离安装面并与第一金属件相间隔，半导体件连接在第一金属件与所述第二金属件之间，采用电源模块提供使载流子从第一金属件经由半导体件流向第二金属件的电流，通过电流在流动过程中载流子在金属中的势能低于半导体中的势能，使第一金属件将安装面紫外灯芯片工作产生的热量吸收，远离安装面的第二金属件释放热量，实现对安装面上紫外灯芯片的高效散热，延长了紫外灯芯片的使用寿命。
在一实施例中，参照图3和图4，所述半导体件23包括至少一个P型半导体231，所述P型半导体231的两端分别与所述第一金属件21和所述第二金属件22连接限定出第一电偶臂2301，所述电源模块30的正极与所述第一电偶臂2301的所述第一金属件21电连接，所述电源模块30的负极与所述第一电偶臂2301的所述第二金属件22电连接。具体实施中，半导体件23由至少一个P型半导体231组成，P型半导体231处在了第一金属件21和第二金属件22之间，P型半导体231的一端连接到了第一金属件21，另一端则连接到了第二金属件22，整体上第一金属件21、第二金属件22以及两者之间的P型半导体231共同构成了第一电偶臂2301，电源模块30的正极与第一电偶臂2301的第一金属件21进行电性连接，而电源模块30的负极则与第一电偶臂2301的第二金属件22进行电性连接，在电源模块30外部，电流由正极经由负载后流向负极，而第一电偶臂2301作为负载，使得电源模块30提供的电流从正极开始流经第一电偶臂2301流入负极。在第一电偶臂2301中，电流从第一金属件21流入P型半导体231再流入第二金属件22，电流在整个第一电偶臂2301内流动的顺序依次为：第一金属件21—P型半导体231—第二金属件22，由于P型半导体231采用的是P型掺杂，P型半导体231中的载流子以带正电的空穴为主，而空穴移动的方向与电流的方向一致，所以在电源模块30提供的电流的作用下，空穴沿电流方向从第一金属件21进入P型半导体231，又从P型半导体231进入第二金属件22，整个过程中，根据能量守恒定律，第一金属件21吸收热量以提供空穴进入P型半导体231克服势能做功所需的能量，空穴从P型半导体231进入第二金属件22则释放热量，使得安装面101上的紫外灯芯片102工作产生的热量被第一电偶臂2301的第一金属件21所吸收，热量通过远离安装面101的第一电偶臂2301的第二金属件22释放，实现了对紫外灯芯片102的高效散热，非常有效地避免了高温影响紫外灯芯片102的发光功率或损坏紫外灯芯片102。
进一步地，参照图3和图4，所述半导体件23还包括至少一个N型半导体232，所述N型半导体232的两端分别与所述第一金属件21和所述第二金属件22连接限定出第二电偶臂2302，所述第二电偶臂2302的所述第一金属件21与所述第一电偶臂2301的所述第一金属件21相连，所述电源模块30的正极连接于所述第二电偶臂2302的所述第二金属件22，所述电源模块30的负极连接于所述第一电偶臂2301的所述第二金属件22。具体实施中，半导体件23还由至少一个N型半导体232组成，N型半导体232同样处在第一金属件21和第二金属件22之间，N型半导体232的一端连接到第一金属件21，另一端则连接到了第二金属件22，整体上第一金属件21、第二金属件22以及两者之间的N型半导体232共同构成了第二电偶臂2302。第二电偶臂2302的第一金属件21连接到了由第一金属件21、第二金属件22、P型半导体231构成第一电偶臂2301中的第一金属件21，这里第二电偶臂2302和第一电偶臂2301可共用同一个第一金属件21来进行连接。电源模块30的正极连接到了第二电偶臂2302的第二金属件22上，电源模块30的负极连接到了第一电偶臂2301的第二金属件22上，整体上第一电偶臂2301和第二电偶臂2302与电源模块30之间形成了串联。在电源模块30外部，电流由正极经由负载后流向负极，而第一电偶臂2301和第二电偶臂2302串联作为负载，使得电源模块30提供的电流从正极开始先流经第二电偶臂2302，再经由第一电偶臂2301流入负极。在第二电偶臂2302中，电流从第二金属件22流入N型半导体232再流入第一金属件21，第二电偶臂2302内流动的顺序为：第二金属件22—N型半导体232—第一金属件21，由于N型半导体232采用的是N型掺杂，N型半导体232中的载流子以电子为主，而电子移动的方向与电流的方向相反，所以在电源模块30提供的电流的作用下，电子沿电流相反方向从第一金属件21进入N型半导体232，又从N型半导体232进入第二金属件22，整个过程中，根据能量守恒定律，第一金属件21吸收热量以提供电子进入N型半导体232克服势能做功所需的能量，电子从N型半导体232进入第二金属件22则释放热量，使得安装面101上的紫外灯芯片102工作产生的热量被第二电偶臂2302的第一金属件21吸收，热量通过远离安装面101的第二电偶臂2302的第二金属件22释放；电流在经由第二电偶臂2302后流经第一电偶臂2301，在第一电偶臂2301中，同样的原理，根据能量守恒定律，第一电偶臂2301的第一金属件21吸收热量以提供空穴进入P型半导体231克服势能做功所需的能量，空穴从P型半导体231进入第二金属件22则释放热量，使得安装面101上的紫外灯芯片102工作产生的热量被第一电偶臂2301的第一金属件21所吸收，热量通过远离安装面101的第一电偶臂2301的第二金属件22释放，整体上壳体10安装面101上的紫外灯芯片102工作产生的热量由第一电偶臂2301和第二电偶臂2302两者的第一金属件21共同吸收，热量由第一电偶臂2301和第二电偶臂2302两者的远离安装面101的第二金属件22共同释放，使得紫外灯芯片102的散热更加高效。
进一步地，参照图5和图6，所述第一电偶臂2301与所述第二电偶臂2302共同限定出热电偶24，多个所述热电偶24依次与所述安装面101相邻设置，相邻两个所述热电偶24其中一者中的所述第二电偶臂2302的所述第二金属件22与其中另一者的所述第一电偶臂2301的所述第二金属件22相连，所述电源模块30的负极连接于首个所述热电偶24中所述第一电偶臂2301的所述第二金属件22，所述电源模块30的正极连接于末个所述热电偶24中所述第二电偶臂2302的所述第二金属件22。具体实施中，一个第一电偶臂2301和一个第二电偶臂2302共同构成一个热电偶24，热电偶24的数量设置多个，多个热电偶24按照顺序依次与安装面101相邻设置，在相邻的两个热电偶24中，其中一个热电偶24中的第二电偶臂2302的第二金属件22与其中另一个热电偶24中的第一电偶臂2301的第二金属件22相连接在一起，即相邻的两个热电偶24共用了同一个第二金属件22完成连接，整体上所有的热电偶24形成了串联。电源模块30的负极连接到了首个热电偶24中第一电偶臂2301的第二金属件22，而电源模块30的正极则连接到了末个热电偶24中第二电偶臂2302的第二金属件22。在电源模块30提供的电流的作用下，电流从电源模块30正极流入末个热电偶24中第二电偶臂2302的第二金属件22，电流经由多个热电偶24之后，最后从首个热电偶24中第一电偶臂2301的第二金属件22流入电源模块30的负极完成电流循环。每个热电偶24中的第一电偶臂2301和第二电偶臂2302共同对壳体10的安装面101上安装的紫外灯芯片102进行散热，整体上多个热电偶24共同对安装面101上的紫外灯芯片102共同进行散热，使得紫外灯芯片102的散热变得更加高效。
在一实施例中，参照图1，所述散热组件20还包括第一导热件26，所述第一导热件26设于所述第一金属件21与所述安装面101之间且与所述第一金属件21、所述安装面101接触。具体实施中，第一导热件26设置在第一金属件21与安装面101之间，并且第一导热件26的两侧与第一金属件21和安装面101接触，第一导热件26采用散热性能良好的材料设计，例如陶瓷或者橡胶等，第一导热件26其主要是用来将安装面101上的热量传递到第一金属件21上。紫外灯芯片102工作时产生的热量通常聚集在安装面101上，而通过第一导热件26可将热量汇集并传导给第一金属件21，在电源模块30工作时，第一金属件21可以更加高效地吸收热量，提升散热效率。
在一实施例中，参照图2，所述紫外灭菌模组100还包括散热翅片25，多个所述散热翅片25间隔分布于所述第二金属件22远离所述第一金属件21的一侧。具体实施中，紫外灭菌模组100还包括了散热翅片25，散热翅片25为薄片结构，通常为铜片或铝片，散热翅片25设有多个。由于第一金属件21吸收的热量通过第二金属件22进行释放，第二金属件22上热量聚集，多个散热翅片25均匀间隔分布在第二金属件22远离第一金属件21的一侧，使得第二金属件22上的热量均匀分散到每一片散热翅片25上，换热面积增加，进一步地提升了紫外灯芯片102的散热效果。
进一步地，所述散热组件20还包括第二导热件27，所述第二导热件27设于所述第二金属件22与所述散热翅片25之间且与所述第二金属件22、所述散热翅片25接触。具体实施中，第二导热件27设置在了第二金属件22与散热翅片25之间，第二导热件27的两侧与第二金属件22和散热翅片25直接接触，第二导热件27采用散热性能良好的材料进行设计，如陶瓷或者橡胶等，第二导热件27其主要是用来将第二金属件22释放的热量集中传递到每一片散热翅片25上，使多个散热翅片25可以均匀分担热量，在电源模块30工作时，第二金属件22热量聚集，第二金属件22上的热量会通过第二导热件27均匀传导到每一片散热翅片25，散热翅片25的散热效率提升，紫外灯芯片102的散热更高效。
更进一步地，所述散热翅片25长度为87mm，宽度为30mm，厚度为9mm。具体实施中，散热翅片25为矩形的薄片结构，散热翅片25长度设计为87mm，宽度设计为30mm，厚度设计为9mm，经实际的测算，上述尺寸的散热翅片25可以满足紫外灯芯片102的散热需求，达到较为理想的散热效果。
在一实施例中，提供一种灭菌灯，参照图7所示，该灭菌灯包括了紫外灭菌模组100以及其他的一些部件，如控制板等，该灭菌灯通过紫外灭菌模组100来产生用来灭活微生物（细菌、病毒、芽抱等病原体）的紫外线，紫外灭菌模组100可设计成照射短波紫外（UVC，200-280nm）的灯组，一个紫外灭菌模组100作为一个灯组，灯组的数量以实际使用场景进行任意设计。本实施例中，灭菌灯整体可设置至少两个灯组，所有灯组沿同一方向均匀间隔设置，即至少两个紫外灭菌模组100沿着同一方向均匀间隔设置，本实施例灭菌灯以四个灯组为例，如图7所示，每个紫外灭菌模组100为一个灯组共设计四个灯组，即灯组1~灯组4，为了提升微生物的灭活效果，本实施例提供灭菌灯的两种工作模式，模式1：灯组1和灯组3同时运行；模式2：灯组2和灯组4同时运行。在实际进行灭菌时，模式1工作一段时间停止工作进入非工作散热阶段，通过紫外灭菌模组100的散热组件20进行散热，然后立即开启模式2工作同样的时间，然后模式2停止工作进入非工作散热阶段，通过紫外灭菌模组100的散热组件20进行散热，然后继续切入模式1工作。整体上模式1和模式2交替进行工作，其中紫外灭菌模组100不管在工作阶段或非工作阶段都一直处于工作状态，同时基于整个灯组的工作总时长，当消杀总计达到预设的时间之后，则为消杀完全，模式1和模式2均停止工作。其中，本实施例中的紫外灭菌模组100可以采用本发明提供的任意一种紫外灭菌模组100，由于前面说明书已经对紫外灭菌模组100的具体结构以及工作原理做了详细地介绍，为了说明书的简洁性，在此不再赘述。
本实施例中的灭菌灯，由于采用了本发明提供的紫外灭菌模组，灭菌灯工作时，散热性能得到提升，灯组工作时发光稳定，灭菌效果更好。
在一实施例中，提供一种空气过滤器，该空气过滤器包括上述实施例的灭菌灯以及其他的一些部件，如外壳、滤网等，该空气过滤器通过滤网拦截微生物（细菌、病毒、芽抱等病原体），灭菌灯与滤网进行相邻设置，灭菌灯用来产生可灭活微生物的紫外线对滤网进行照射以消杀滤网上拦截的微生物，有效避免了微生物随时间聚集在滤网上繁衍生长造成室内空气质量下降等问题。
本实施例中的空气过滤器，由于采用了本发明提供的灭菌灯，实际应用中，对微生物的消杀效果更好，空气过滤效果更佳。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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