CN110124079A - 一种实现人机共存的动态空间消毒方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种实现人机共存的动态空间消毒方法及装置，通过紫外灯的功率、紫外灯的波长、二氧化氯凝胶存储罐接受紫外灯照射的表面积大小和紫外灯距离二氧化氯凝胶存储罐中凝胶表面的距离，来调整二氧化氯气体生成速率；装置具体包括：箱体框架、紫外灯照射组件、风机组件、二氧化氯凝胶存储组件、HEPA高效滤网、控制单元、状态显示单元等。根据空间环境体积及二氧化氯气体的分解与衰减规律，通过控制紫外灯的开启时长与紫外灯开启时间间隔，结合风机运转使空间环境中的空气保持循环流动，来确保空气中的二氧化氯气体浓度始终处于国家标准的安全限值范围之内，以实现有人环境下的动态空间消毒。

Description

一种实现人机共存的动态空间消毒方法及装置

技术领域

本发明属于空间消毒技术领域，具体涉及一种以超低浓度二氧化氯气体为主要消毒因子的气体生成与控制方法及装置，能够实现有人环境下的动态空间消毒。

背景技术

作为公认的广谱、高效的第四代绿色消毒剂，二氧化氯已被广泛用于食品工业、医疗、制药、畜牧、水产养殖、饮用水、以及公共环境领域的消毒、杀菌与除臭过程。二氧化氯对细菌的细胞壁有很强的吸附和穿透能力，且不需要载体蛋白——渗透酶的运输。二氧化氯一旦渗透入细菌细胞内，一方面有效破坏细菌内含巯基的酶，另一方面，将细菌细胞内的核酸(RNA或DNA)氧化后，可快速控制微生物蛋白质的合成，强行掠夺电子，使之失去活性，从而阻止细菌的合成代谢，达到消毒灭菌和除臭的目的。二氧化氯对细菌、病毒等具有极强的灭活能力。

大约在2000年前后，各国相继出台了空间中的二氧化氯浓度限值标准。尽管略有差异，但各国基本沿用美国职业安全健康研究所(NIOSH)规定的人体暴露限值标准，即，短时暴露限值(STEL)为0.3ppm(0.9mg/m³)、时间加权限值(TWA)为0.1ppm(0.3mg/m³)。我国于2007年开始实施的国家职业卫生标准GBZ2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限制化学有害因素》中规定，二氧化氯在8小时/工作日、40小时/工作周下的时间加权平均容许浓度0.3mg/m³、短时间接触容许浓度为0.8mg/m³。上述标准的出台，意味着在限值以内的超低浓度下，二氧化氯可实现人机共处，使得以超低浓度二氧化氯为杀菌因子的动态空间消毒成为可能，并显现出巨大的潜在应用需求。而且，与既有的紫外循环风等被动吸入式空气消毒装置相比，超低浓度二氧化氯气体可实现主动出击，实现空间范围内的空气及物体表面全方位无死角的全面消毒，具有无可替代的天然优势。

然而，目前已知的使用二氧化氯气体来作为空间消毒的手段与方法，均不可避免的存在一些瓶颈问题。传统的二氧化氯气体制备，广泛采用氯酸盐与酸融合，发生化学反应的方式来生成。化学反应本身的特性，决定了其反应进程难以控制，导致该方法在使用时，会瞬间产生高浓度二氧化氯气体，无法实现有人环境下的消毒。为解决这一问题，曾有部分专利文献(例如CN103565828B)提出将亚氯酸盐制成凝胶，并在其中添加缓释剂，来减缓二氧化氯的生成速度，以达到缓释效果。然而，经过试验证明，该方法尽管具备一定的缓释效果，仍无法控制在国家标准的限制范围之内，并且反应一旦开始，就无法停止，只有持续进行至亚氯酸盐消耗完毕为止。

随着二氧化氯气体制备方法的改进，有学者发现将紫外线照射到含亚氯酸钠的材质(水溶液、凝胶、粉末等)上，可以释放出二氧化氯气体，且只有照射时才会发生气体，一旦照射停止，气体亦不再发生。基于这一公开化原理，有专利文献提出了相应的二氧化氯气体消毒装置，例如，专利文献(CN 1272075C第一制电机株式会社)提出了以紫外线为照射源，以凝胶状亚氯酸钠为发生源，来缓释生成二氧化氯气体；专利文献(CN 102834350 B大幸制药)提出了一种含有紫外线照射部、盒件、空气供给排出部等在内的装置，通过将紫外线照射到含有固态亚氯酸盐的粉状(粒状)化学品上，生成二氧化氯气体，并将其通过内置风扇或空气泵，排放至外部空气中；专利文献(CN 104321137 B株式会社FMI)则提出了一种含有存储槽、紫外线照射组件、通风组件等在内的二氧化氯气体产生装置，其所采用的发生源为稳定性二氧化氯溶液。与此同时，仅有个别专利文件考虑到了二氧化氯气体的浓度控制问题，例如专利文献(CN 1272075C第一制电机株式会社)提出通过调整凝胶放置容器内的温度，来控制气体浓度；专利文献(CN 104321137 B株式会社FMI)提出通过增加调整稳定性二氧化氯溶液与紫外线接触的表面积，来控制气体浓度。尽管上述尝试可以产生一定效果，但均无法满足相应国家标准对有人环境下二氧化氯气体浓度限值的严苛要求。

因此，受制于制备、保存、运输、以及浓度控制等方面的诸多限制，尽管二氧化氯本身的卓越性能已获得广泛认可，但其在有人环境下的应用，仍处于较为初级的阶段，国内外相关的研究成果亦不多见。而目前相关的国家标准及行业规范中，尽管规定了二氧化氯可用于空间消毒，但正是因为无法有效控制气体浓度，在具体消毒方法上，大多建议在无人状态下，采用气溶胶喷雾形式进行。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种实现人机共存的动态空间消毒方法，根据紫外线照射释放二氧化氯气体的基本原理，通过控制二氧化氯气体生成过程中的各项参数，包括紫外灯的功率、紫外灯的波长、二氧化氯凝胶存储罐接受紫外灯照射的表面积大小和紫外灯距离二氧化氯凝胶存储罐中凝胶表面的距离，来调整二氧化氯气体生成速率；同时，根据空间环境体积及二氧化氯气体的分解与衰减规律，通过控制紫外灯的开启时长与紫外灯开启时间间隔，结合风机运转使空间环境中的空气保持循环流动，来确保空气中的二氧化氯气体浓度始终处于国家标准的安全限值范围之内，以实现有人环境下的动态空间消毒。

本发明的技术方案如下：

一种实现人机共存的动态空间消毒方法，通过紫外灯的功率、紫外灯的波长、二氧化氯凝胶存储罐接受紫外灯照射的表面积大小和紫外灯距离二氧化氯凝胶存储罐中凝胶表面的距离，来调整二氧化氯气体生成速率；同时，根据空间环境体积及二氧化氯气体的分解与衰减规律，通过控制紫外灯的开启时长与紫外灯开启时间间隔，结合风机运转使空间环境中的空气保持循环流动，来确保空气中的二氧化氯气体浓度始终处于国家标准的安全限值范围之内，以实现有人环境下的动态空间消毒。

所述二氧化氯凝胶存储罐接受紫外灯照射的表面积大小和紫外灯距离二氧化氯凝胶存储罐中凝胶表面的距离为：当紫外灯可照射表面积为60-130平方厘米时，紫外灯与所述二氧化氯凝胶存储罐的距离为7-10cm。

所述紫外灯功率为4-10w，波长为253.7nm。

所述紫外灯的开启时长Y的计算公式为：二氧化氯STEL限值乘以空间体积除以二氧化氯气体释放速率。

所述紫外灯开启时间间隔≥30min。

所述紫外灯开启时间间隔为60-120min。

本发明的实现人机共存的动态空间消毒方法的装置，包括：紫外灯管、灯架、反光罩、高度调节导向槽、限位触发开关、进风面板、离心风机、出风口、二氧化氯凝胶存储罐、存储罐导向槽、密封盖、转轴电机、密封盖触发开关、HEPA高效滤网、PLC控制器、存储罐RFID传感器、滤网RFID传感器、OLED液晶显示面板和箱体框架；其中，箱体框架作为整个装置的支撑结构，为长方体结构，其余全部部件均在此箱体框架内；以箱体框架正面为视角，在框架内从前向后依次排列为进风面板、配用通用RFID芯片的HEPA高效网、配有通用RFID芯片的二氧化氯凝胶存储罐、离心风机；出风口位于离心风机正上方；在二氧化氯凝胶存储罐的正上方，按照距离二氧化氯凝胶存储罐的距离从近至远，依次为密封盖、紫外灯管、反光罩、灯架；紫外灯管通过灯管两端极针插入灯架端头来与灯架固定，反光罩嵌于两者之间；高度调节导向槽位于灯架侧面，呈垂直排布，且灯架一端嵌入高度调节导向槽内，并可沿高度调节导向槽上下移动；限位触发开关位于高度调节导向槽下方1-5cm处，当密封盖完全开启时，密封盖与限位触发开关可发生直接接触；转轴电机位于限位触发开关下方，其轴头与密封盖一端相嵌套；密封盖触发开关位于密封盖下方，且位置与二氧化氯凝胶存储罐相交错，当密封盖完全关闭时，密封盖与密封盖触发开关可发生直接接触；存储罐导向槽位于密封盖触发开关下方，且其侧面形状应与二氧化氯凝胶存储罐相吻合；OLED液晶显示面板位于进风面板上方，与进风面板构成同一垂面；PLC控制器位于OLED液晶显示面板后侧，两者通过数据线相连；存储罐RFID传感器位于二氧化氯凝胶存储罐正下方；滤网RFID传感器位于HEPA高效滤网正下方。

所述的装置可以包括空气PM2.5颗粒物传感器，PM2.5颗粒物传感器位于箱体框架内下面，在进风面板之后，与HEPA高效滤网呈同一垂面。

利用本发明的方法和装置的操作流程，包括如下步骤：

1)在装置启动前，确定采用的所述紫外灯功率与波长；

2)确定所述紫外灯与所述二氧化氯凝胶存储罐的距离；

3)通过二氧化氯凝胶存储罐形状选型，确定紫外灯可照射表面积；

4)装置启动，输入二氧化氯STEL限值、空间体积、二氧化氯气体释放速率，计算紫外灯开启时长，并设定紫外灯开启时间间隔；

5)装置开始运行后，紫外灯组件工作，二氧化氯凝胶存储罐密封盖开启，通过紫外灯照射二氧化氯凝胶存储罐中的凝胶表面，持续生成二氧化氯气体，通过风机作用，将二氧化氯气体均匀扩散至空间环境中；

6)当装置到达所设定的紫外灯开启时长后，所述紫外灯组件停止工作，所述密封盖闭合，风机继续工作，加强空气中二氧化氯气体分子的流动，增强空气消毒效果；

7)当装置到达所设定的紫外灯开启时间间隔后，紫外灯组件重新开始工作，密封盖重新开启，将重新激发并生成二氧化氯气体。

具体说明如下：

当通过紫外线照射二氧化氯凝胶表面来生成二氧化氯气体时，二氧化氯气体的生成速率，主要取决于紫外灯所释放的用于激发二氧化氯气体的光子数量。而光子数量的多少，取决于四个因素：1)紫外灯的功率；2)紫外灯的波长；3)二氧化氯凝胶照射表面积大小；4)紫外灯距离凝胶表面的距离。其中，前两个因素，会影响紫外灯所释放的光子的绝对数量；而后两个因素，则主要影响到具体参与反应过程的光子数量。

本发明的初衷，即是要确保人机可共存，意味着二氧化氯气体的浓度必须控制在国家标准限值范围之内。因此，不可采用功率过高的紫外灯管，否则产生的光子数量过多，将会在短时间内产生较高浓度二氧化氯气体，难以借助风机运转均匀扩散至空间环境中。在其他条件不变的情况下，紫外灯功率与二氧化氯气体生成速率间的关系如附图1所示。

优选地，功率在4-10w范围内的紫外灯管，此时，可达到较理想的激发效果，其二氧化氯气体生成速率均值在0.6-1.0mg/min范围内，且二氧化氯气体在随风机运转传送至空间环境中时，不会导致风机组件出风口位置附近浓度过高。

考虑二氧化氯本身的遇光分解特性，采用紫外线照射方式生成二氧化氯时，既要确保二氧化氯的生成速率，又不能使二氧化氯在持续光照条件下迅速分解。

优选地，在紫外线波长为253.7nm时，二氧化氯气体的激发效果最好，且经过验证，在此波长的紫外线照射下，所生成的气体为纯二氧化氯气体，同时，所产生的二氧化氯因分解所导致的损耗最低。

考虑到紫外灯的照射强度会随着照射距离的增加而衰减，紫外灯管至凝胶表面的距离不宜过长。同时，若紫外灯管与凝胶表面距离过近，则随着光照而散发的热量，将使凝胶表面水分过度蒸发，而使凝胶加速固化，从而影响二氧化氯气体的生成效果。在其他条件不变的情况下，紫外灯管至凝胶表面的距离与二氧化氯气体生成速率间的关系如附图2所示。

优选地，当紫外灯管距离二氧化氯凝胶表面距离为7-10cm时，可实现紫外灯照射强度与释放热量之间的平衡，可以稳定生成二氧化氯气体，且凝胶能够持续保持良好的湿润状态。

二氧化氯凝胶表面积大小也会影响到二氧化氯气体的生成速度。在其他条件不变的情况下，两者基本呈正比例关系，具体如附图3所示。

优选地，以人机共存要求的浓度限值为参考，结合当前市售的二氧化氯凝胶形态，主要以圆形罐装且单罐重量500g为主，二氧化氯凝胶表面积应控制在60-130平方厘米。

更进一步的，本发明所提供的方法中，在波长为253.7nm的紫外灯照射下，二氧化氯气体生成速率的改变，可通过如下几种方式实现：1)通过改变紫外灯的功率，来改变产生的光子数量；2)通过改变二氧化氯凝胶存储容器形状，来增加或减少凝胶照射表面积；3)增加或减少紫外灯到凝胶表面的距离，来改变紫外线到达凝胶表面的照射强度。

二氧化氯气体浓度在空间范围内的稳定性与安全性，需借助风机运转，使空间环境中的空气保持循环流动，从而将所生成的二氧化氯气体均匀扩散至室内空间中。在此过程中，为确保空气中的二氧化氯气体浓度始终处于国家标准的安全限值范围之内，需要定期开启或关闭紫外灯，来对所生成的二氧化氯气体实现总量控制。因此，需要设定紫外灯管的开启时长及紫外灯管开启的时间间隔。更进一步地，对两者的设定原则与方法做如下说明。

1、紫外灯管开启时长

紫外灯管的开启时长，与二氧化氯气体的生成速率及空间环境体积的关系最为密切。在国家标准中规定的安全限值内，将以既定速率所生成的二氧化氯气体，扩散至既定体积的空间环境中，其所需时长即为紫外灯开启时间，具体计算公式为：

紫外灯开启时长(单位：min)等于：二氧化氯STEL限值(国家标准中规定的二氧化氯气体短时暴露限值，单位：mg/m³)乘以空间体积(单位：m³)，再除以二氧化氯气体释放速率(单位：mg/min)

根据上述公式计算得出的时间来开启紫外灯后，理论上讲，空间中的二氧化氯气体浓度应恰好为STEL限值。

然而，二氧化氯气体本身具有易分解性，且空气的微生物及包括甲醛、TVOC等在内的有机物也会消耗二氧化氯气体。因此，在空间环境中的实际二氧化氯气体浓度，将必然低于国家标准的安全限值，由此可充分确保本发明在运行过程中的人体安全性。理论值与实际值的差异关系，如附图4所示。

2、紫外灯管开启时间间隔

紫外灯管的开启时间间隔，则依赖于应用环境中二氧化氯气体的衰减与消耗速度。现有理论研究结果表明，在自然光条件下，高浓度二氧化氯气体的分解半衰期在40-50min之间，而在低浓度条件下，其衰减效应会显著加快，在30-40min内会完全分解。同时，二氧化氯气体的衰减特性，对温度变化不敏感。

考虑到本发明在运行过程中对人体的绝对安全性，紫外灯管的开启时间间隔，应不低于30min，优选范围为60-120min。

在实际运行环境中，空气中有害物含量、人员流动状态等因素，都会加快二氧化氯气体的衰减与消耗进程，因而空气中二氧化氯气体消耗完全的实际时间将必然低于60min，从安全性上讲，该项参数的设定已具备足够的冗余。空间环境中二氧化氯气体的实际消耗时间与其设定值之间的差异，如附图5所示。

基于上述各项参数的设定方法，本发明提出如下装置，用以实现人机共存条件下的动态空间消毒，具体包括：箱体框架、紫外灯照射组件、风机组件、二氧化氯凝胶存储组件、HEPA高效滤网、控制单元、状态显示单元等。

其中，箱体框架作为整个装置的支撑结构，为长方体结构，其余全部部件均在此箱体框架内；

紫外灯照射组件，包括紫外灯管、灯架、反光罩、高度调节导向槽、及限位触发开关。紫外灯管位于灯架下方，灯管两端极针插入灯架端头中并固定。反光罩固定于紫外灯管与灯架之间，用于减少紫外光散射，将更多光子折射到二氧化氯凝胶表面。高度调节导向槽位于灯架侧面，呈垂直排布。灯架一端嵌入高度调节导向槽内，并可沿导向槽方向上下移动，以调整紫外灯管的位置。限位触发开关位于高度调节导向槽下方1-5cm处，当密封盖完全开启时，可与其发生直接接触，以触发紫外灯开启。

风机组件，包括进风面板、离心风机、出风口，三者在箱体框架的包裹下构成封闭式风道结构。进风面板位于离心风机前侧，当离心风机启动时，可由此将空气吸入装置内腔中。离心风机是空气循环的主要动力提供部件。出风口位于离心风机正上方，用于将离心风机导出的空气排至空间环境中。

二氧化氯凝胶存储组件，包括二氧化氯凝胶存储罐(底部配有通用RFID芯片)、存储罐导向槽、密封盖、转轴电机、及密封盖触发开关。二氧化氯凝胶存储罐位于HEPA高效滤网与离心风机之间且位于紫外灯管的正下方，可根据其内含的二氧化氯凝胶使用寿命定期更换。密封盖位于二氧化氯凝胶存储罐与紫外灯管之间，可通过转轴电机驱动，来实现开启或关闭。转轴电机位于限位触发开关下方，其轴头与密封盖一端相嵌套；密封盖触发开关位于密封盖下方，且位置与二氧化氯凝胶存储罐相交错，当密封盖完全关闭时，可与其发生直接接触，以触发紫外灯关闭；存储罐导向槽位于密封盖触发开关下方，且其侧面形状应与二氧化氯凝胶存储罐相吻合。

HEPA高效滤网(底部配有通用RFID芯片)，可通过控制单元中的滤网RFID传感器进行识别与监控，并通过控制单元的控制流程实现相应控制。HEPA高效滤网位于进风面板与二氧化氯凝胶存储罐之间，当离心风机启动，空气经由进风面板进入时，经过滤网过滤，可有效吸附空气中的颗粒物及微生物。HEPA高效滤网可根据其使用寿命定期进行拆卸与更换。

控制单元包括PLC控制器、存储罐RFID传感器、滤网RFID传感器、空气PM2.5颗粒物传感器等。PLC控制器用于接收各传感器数据，并根据控制流程，向各个组件发送运行指令，其位置位于OLED液晶显示面板后侧，两者通过数据线相连。存储罐RFID传感器位于二氧化氯凝胶存储罐正下方。滤网RFID传感器位于HEPA高效滤网正下方。空气PM2.5颗粒物传感器位于位于进风面板后侧右下角处，与HEPA高效滤网呈同一垂面，用于实时探测空间环境中的颗粒物状态。

状态显示单元包括OLED液晶显示面板，位于进风面板上方，与进风面板构成同一垂面，用于实时展示装置运行状态数据。

更进一步的，结合上述装置，本发明提出如下装置运行与控制方法，用于实现人机共存条件下的动态空间消毒，具体包括如下步骤：

1)在装置启动前，确定采用的所述紫外灯功率与波长；

2)确定所述紫外灯与所述二氧化氯凝胶存储罐的距离；

3)通过二氧化氯凝胶存储罐形状选型，确定紫外灯可照射表面积；

4)装置启动，输入二氧化氯STEL限值、空间体积、二氧化氯气体释放速率，计算紫外灯开启时长，并设定紫外灯开启时间间隔(可根据空气消毒的需求自由设定，但不应低于30min)；

5)装置开始运行后，紫外灯组件工作，二氧化氯凝胶存储罐密封盖开启，通过紫外灯照射二氧化氯凝胶存储罐中的凝胶表面，持续生成二氧化氯气体，通过风机作用，将二氧化氯气体均匀扩散至空间环境中；

6)当装置到达所设定的紫外灯开启时长后，所述紫外灯组件停止工作，所述密封盖闭合，风机继续工作，加强空气中二氧化氯气体分子的流动，增强空气消毒效果；

7)当装置到达所设定的紫外灯开启时间间隔后，紫外灯组件重新开始工作，密封盖重新开启，将重新激发并生成二氧化氯气体。

作为装置运行的结果，本发明对有人环境下的室内空气的动态消毒效果，则在前述二氧化氯气体生成与控制功能、以及HEPA高效滤网共同作用下实现。通过二氧化氯气体的生成与控制功能，将超低浓度二氧化氯气体主动释放到空气中，接触并杀灭空气中的浮游菌。与此同时，HEPA高效滤网可吸附直径较大的微生物及军团菌，并通过二氧化氯及紫外灯的双重作用，来增强杀菌效果。根据二氧化氯气体在空间中的生成与衰减规律，控制单元实时控制空间中的气体浓度，确保其在人体安全限值标准以下，以此来实现人机共存条件下的持续消毒。

附图说明

图1紫外灯功率与二氧化氯气体生成速率关系图；

图2紫外灯管至凝胶表面的距离与二氧化氯气体生成速率关系图；

图3凝胶照射表面积与二氧化氯气体生成速率关系图；

图4既定紫外灯开启时长下空间环境中二氧化氯气体浓度理论值与实际值关系图；

图5空间环境中低浓度二氧化氯气体消耗理论用时与实际用时关系图；

图6本发明实施例提供的装置主视图；

图7本发明实施例提供的装置左视图；

图8本发明实施例提供的装置整体结构示意图；

图9本发明实施例提供的装置运行与控制流程图。

其中：1-紫外灯管；2-灯架；3-反光罩；4-高度调节导向槽；5-限位触发开关；6-进风面板；7-离心风机；8-出风口；9-二氧化氯凝胶存储罐；10-存储罐导向槽；11-密封盖；12-转轴电机；13-密封盖触发开关；14-HEPA高效滤网；15-PLC控制器；16-存储罐RFID传感器；17-滤网RFID传感器；18-空气PM2.5颗粒物传感器；19-OLED液晶显示面板；20-箱体框架。

具体实施方式

为了更清楚解释本发明所涉及装置的技术特点与优点，结合附图及实施例，来对本发明做进一步说明。

本装置的主要应用场景为封闭室内空间，如教室、办公室、病房、居家空间等，无需人员离场，可实现有人环境下的动态空间消毒。

图6至图8中的标号依次为：1-紫外灯管；2-灯架；3-反光罩；4-高度调节导向槽；5-限位触发开关；6-进风面板；7-离心风机；8-出风口；9-二氧化氯凝胶存储罐；10-存储罐导向槽；11-密封盖；12-转轴电机；13-密封盖触发开关；14-HEPA高效滤网；15-PLC控制器；16-存储罐RFID传感器；17-滤网RFID传感器；18-空气PM2.5颗粒物传感器；19-OLED液晶显示面板；20-箱体框架。

如图6至图8所示，所述紫外灯管1固定于灯架2下方，两者之间嵌入反光罩3，用于减少紫外灯开启时的散射，将光能聚集于二氧化氯凝胶表面；灯架2一端嵌入高度调节导向槽4内，并可根据需要，实现上下调节，以改变紫外灯的照射高度；限位触发开关5固定于箱体框架20侧面内壁中，当密封盖11完全开启时，密封盖11能够直接接触限位触发开关5；当限位触发开关5被触动，信号传输至PLC控制器15，由PLC控制器15发送指令，启动紫外灯管1，开始照射；此时，由于密封盖11已完全打开，紫外灯管1发出的光源，可直接照射至存放在二氧化氯凝胶存储罐9中的二氧化氯凝胶表面，由此激发产生二氧化氯气体。

如图6至图8所示，当紫外灯管1照射达到既定时间，PLC控制器15发送指令，切断紫外灯管1电流，同时，驱动转轴电机12，使密封盖11盖下。当密封盖11接触密封盖触发开关13时，转轴电机12停止。此时，密封盖11可完全覆盖二氧化氯凝胶存储罐9，以确保当消毒作业停止时，二氧化氯凝胶处于密闭空间中，不会因离心风机7继续工作而导致凝胶中的水分过度蒸发。

如图6至图8所示，存储罐导向槽10的侧面形状弧度与二氧化氯凝胶存储罐9相吻合，当二氧化氯凝胶存储罐放置在装置内时，其位置可完全由存储罐导向槽10固定。存储罐RFID传感器16位于二氧化氯凝胶存储罐9在箱体框架20内放置位置的正下方。与此同时，二氧化氯凝胶存储罐9下方附有RFID芯片，当将其放入箱体框架20内时，可由存储罐RFID传感器读取芯片中包括产品编号、厂家、标称寿命等在内的信息，并将其传送至PLC控制器15。装置运行期间，PLC控制器15可根据装置运行时间，实时计算凝胶状态，并将相关信息显示在OLED液晶显示面板19中。滤网RFID传感器17位于HEPA高效滤网14在箱体框架20内放置位置的正下方。HEPA高效滤网14具有辅助消毒功能，通过吸附空气中的较大直径的颗粒物及其他有害微生物，来强化空气消毒效果。HEPA高效滤网14下方附有RFID芯片，当将其放入箱体框架20内时，可由滤网RFID传感器17读取芯片中的相关信息，并将其传送至PLC控制器15。设备运行期间，HEPA高效滤网14的相关状态信息也可由PLC控制器15完成实时运算，并显示在OLED液晶显示面板19中。

如图6至图8所示，空气PM2.5颗粒物传感器18位于箱体框架20内右下角，进风面板6后方，与HEPA高效滤网14呈同一垂面，用于实时探测空气中的颗粒物浓度，并将数据发送至PLC控制器15，PLC控制器15据此数据，调整离心风机7的转速，以调整空间环境中不同洁净度条件下的二氧化氯气体扩散速率。

如图9所示，本装置的运行与控制流程如下所示。

1)作为本发明涉及的一个优选实施例，在本实施例中，选定波长为253.7nm、功率为4w的紫外灯管。

2)在本实施例中，选定紫外灯管距离二氧化氯凝胶表面距离为8cm。

3)综合对比当前市售的二氧化氯凝胶，500g罐装基本以直径10cm的圆形罐为主，其表面积大约为78平方厘米，故在本实施例中，仍选择相同口径的凝胶罐。在上述条件下，实际测得二氧化氯气体的释放速率稳定在0.6-0.8mg/min的区间范围内，可保证出风口浓度即符合国家安全标准。

4)本装置启动时，输入二氧化氯STEL限值为0.8mg/m³、二氧化氯气体释放速率为0.8mg/min，并根据实际使用环境输入空间体积。结合前述计算公式，可计算得出，紫外灯开启时长的取值，恰好等于空间体积数值。在本实施例中，考虑二氧化氯气体消耗时间的适当冗余，给定紫外灯开启时间间隔为60分钟。

5)本装置运行状态设定完毕后，装置开始进入正式运行。此时，紫外灯管1开启、二氧化氯凝胶密封盖11开启、离心风机7开始工作。通过紫外灯管1照射二氧化氯凝胶表面，持续生成二氧化氯气体，并借助离心风机7运转，主动释放到空气中。在设定的紫外灯照射时间下，二氧化氯的释放总量一定，其在风机的带动下，均匀扩散在空间环境中，浓度可保持在安全限值范围以下。

6)本装置达到既定照射时间后，通过控制单元控制，紫外灯管1关闭，二氧化氯凝胶密封盖11闭合。此时，离心风机7可仍旧处于工作状态，且离心风机7风速根据PM2.5颗粒物传感器18数值实现自动调整。离心风机7持续运转，既能够加强空气中二氧化氯气体分子的流动，同时，能够进一步吸附空气中的有害微生物，来增强空气消毒效果。

7)本装置在经过既定开机时间间隔后，空气中的二氧化氯气体将全部消耗或分解。此时，经由控制单元发送指令，重新启动紫外灯管1，并开启二氧化氯凝胶密封盖11，装置将再次按照既定时间开始二氧化氯气体的生成与扩散工作。如此循环往复，确保空气中的二氧化氯气体浓度始终处于国家标准的安全限值范围之内，可实现对人体的绝对安全性。与此同时，其杀菌效果也可以得到保证。

在本装置运行的任意时刻，均可由使用者根据所处空间环境的状况及使用习惯，来自主选择是否停机。若选择停机，则所有组件停止运行，装置关机。

作为本装置的实施例，在多个空间环境中的多次实验结果表明，在该运行方式下，本装置可确保室内空间环境中的各监测点二氧化氯气体浓度始终处于0-0.3mg/m³之间，可充分满足人机共存需求。

本装置的杀菌效果，已经由天津市疾病预防控制中心进行验证，根据《中华人民共和国卫生部消毒技术规范(2002)版》中所规定的空气消毒效果鉴定试验要求，在模拟现场试验中，对白色葡萄球菌的杀灭率可达到99.9％以上；在现场试验中，对自然菌的杀灭率可达到90％以上，达到高水平空气消毒的相关要求。

本发明提出的一种实现人机共存的动态空间消毒方法及装置，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，本发明所涉及的具体措施并不仅局限于上述说明。在本发明的精神、构思及原则的前提下，所做的任何简单推演、替换或改进，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种实现人机共存的动态空间消毒方法，其特征在于：通过紫外灯的功率、紫外灯的波长、二氧化氯凝胶存储罐接受紫外灯照射的表面积大小和紫外灯距离二氧化氯凝胶存储罐中凝胶表面的距离，来调整二氧化氯气体生成速率；同时，根据空间环境体积及二氧化氯气体的分解与衰减规律，通过控制紫外灯的开启时长与紫外灯开启时间间隔，结合风机运转使空间环境中的空气保持循环流动，来确保空气中的二氧化氯气体浓度始终处于国家标准的安全限值范围之内，以实现有人环境下的动态空间消毒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是二氧化氯凝胶存储罐接受紫外灯照射的表面积大小和紫外灯距离二氧化氯凝胶存储罐中凝胶表面的距离为：当紫外灯可照射表面积为60-130平方厘米时，紫外灯与所述二氧化氯凝胶存储罐的距离为7-10cm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是紫外灯功率为4-10w，波长为253.7nm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述紫外灯的开启时长Y的计算公式为：二氧化氯STEL限值乘以空间体积除以二氧化氯气体释放速率。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述紫外灯开启时间间隔≥30min。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是所述紫外灯开启时间间隔为60-120min。

7.实现权利要求1的实现人机共存的动态空间消毒方法的装置，其特征是装置包括：紫外灯管、灯架、反光罩、高度调节导向槽、限位触发开关、进风面板、离心风机、出风口、二氧化氯凝胶存储罐、存储罐导向槽、密封盖、转轴电机、密封盖触发开关、HEPA高效滤网、PLC控制器、存储罐RFID传感器、滤网RFID传感器、OLED液晶显示面板和箱体框架；其中，箱体框架作为整个装置的支撑结构，为长方体结构，其余全部部件均在此箱体框架内；以箱体框架正面为视角，在框架内从前向后依次排列为进风面板、配用通用RFID芯片的HEPA高效网、配有通用RFID芯片的二氧化氯凝胶存储罐、离心风机；出风口位于离心风机正上方；在二氧化氯凝胶存储罐的正上方，按照距离二氧化氯凝胶存储罐的距离从近至远，依次为密封盖、紫外灯管、反光罩、灯架；紫外灯管通过灯管两端极针插入灯架端头来与灯架固定，反光罩嵌于两者之间；高度调节导向槽位于灯架侧面，呈垂直排布，且灯架一端嵌入高度调节导向槽内，并可沿高度调节导向槽上下移动；限位触发开关位于高度调节导向槽下方1-5cm处，当密封盖完全开启时，密封盖与限位触发开关可发生直接接触；转轴电机位于限位触发开关下方，其轴头与密封盖一端相嵌套；密封盖触发开关位于密封盖下方，且位置与二氧化氯凝胶存储罐相交错，当密封盖完全关闭时，密封盖与密封盖触发开关可发生直接接触；存储罐导向槽位于密封盖触发开关下方，且其侧面形状应与二氧化氯凝胶存储罐相吻合；OLED液晶显示面板位于进风面板上方，与进风面板构成同一垂面；PLC控制器位于OLED液晶显示面板后侧，两者通过数据线相连；存储罐RFID传感器位于二氧化氯凝胶存储罐正下方；滤网RFID传感器位于HEPA高效滤网正下方。

8.如权利要求7所述的装置，其特征包括：空气PM2.5颗粒物传感器位于箱体框架内下面，在进风面板之后，与HEPA高效滤网呈同一垂面。

9.权利要求8所述装置从操作流程，其特征是包括如下步骤：

1)在装置启动前，确定采用的所述紫外灯功率与波长；

2)确定所述紫外灯与所述二氧化氯凝胶存储罐的距离；

3)通过二氧化氯凝胶存储罐形状选型，确定紫外灯可照射表面积；

4)装置启动，输入二氧化氯STEL限值、空间体积、二氧化氯气体释放速率，计算紫外灯开启时长，并设定紫外灯开启时间间隔；

5)装置开始运行后，紫外灯组件工作，二氧化氯凝胶存储罐密封盖开启，通过紫外灯照射二氧化氯凝胶存储罐中的凝胶表面，持续生成二氧化氯气体，通过风机作用，将二氧化氯气体均匀扩散至空间环境中；

6)当装置到达所设定的紫外灯开启时长后，所述紫外灯组件停止工作，所述密封盖闭合，风机继续工作，加强空气中二氧化氯气体分子的流动，增强空气消毒效果；

7)当装置到达所设定的紫外灯开启时间间隔后，紫外灯组件重新开始工作，密封盖重新开启，将重新激发并生成二氧化氯气体。