CN111388734B - 碳化硅材质的高温灭活病毒装置 - Google Patents

碳化硅材质的高温灭活病毒装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，包括保护外壳，所述保护外壳的内部设置有高温净化腔、发热体Ⅰ、发热体Ⅱ、保温结构、保护内衬Ⅰ、保护内衬Ⅱ和保护内衬Ⅲ，所述高温净化腔分别与进气通道、排气通道相连通。本发明利用碳化硅耐高温、抗氧化、耐腐蚀、抗磨损、强度高、导热性好、吸收微波等特点，研制具有迷宫结构和/或仿丛林结构的高温灭活病毒装置，可对医院、隔离区等的新风系统排出风进行深度灭毒，避免病毒源通过新风系统排出风向周围环境传播扩散，改善新冠肺炎等高传染性呼吸道疾病患者及疑似人员隔离空间的空气质量，解决生活空间换气问题，降低周围居民恐慌情绪，为控制病毒传播，维护公共卫生安全提供技术和设备支持。

Description

碳化硅材质的高温灭活病毒装置
技术领域
本发明涉及一种灭毒装置，具体涉及一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置。
背景技术
高传染性呼吸科患者在进行治疗或封闭隔离的环境空气中，通常包含高浓度传染性病毒。常规通风换气导致包含高浓度病毒的空气向周围环境传播，对周围居民健康生活造成严重威胁。如果限制高传染性呼吸科患者的通风换气，则降低患者生活环境的空气质量，不利于尽早康复。
常用的灭活细菌及病毒的方法包括化学试剂、射线、干热、湿热和过滤等。对于空气常采用过滤法，使用筛除或滤材吸附等物理方式，滤膜孔径通常为0.2微米，可滤除绝大多数微生物但难以彻底滤除病毒，且涉及废弃滤膜的处理问题。
干热灭菌法利用干热空气加热杀灭微生物，代表性的是干热灭菌箱，单次处理量小，对空气灭菌有一定的操作难度。常规灭菌条件为135℃～145℃3～5小时、160℃～170℃2～4小时、180℃～200℃0.5～1小时、200℃以上0.5小时以上，该种灭菌方法的处理效率难以得到保证。
对于包含高传染性病毒的空气，传统方法难以满足灭活病毒的要求，研发更高灭活效率的安全防护装备非常必要。
发明内容
鉴于新冠病毒等高传染性呼吸科患者的通风换气可能向周围环境传播病毒的风险，迫切需要研发一种高效的病毒灭活装置。本发明利用碳化硅耐高温、抗氧化、耐腐蚀、抗磨损、强度高、导热性好、吸收微波性能等特点，提供一种具有迷宫结构或仿丛林结构的碳化硅材质高温灭活病毒的装置。
一种碳化硅材质的高温灭活病毒的装置，包括保护外壳，所述保护外壳的内部设置有高温净化腔、发热体Ⅰ、发热体Ⅱ、保温结构、保护内衬Ⅰ、保护内衬Ⅱ和保护内衬Ⅲ，
所述高温净化腔分别与进气通道、排气通道相连通，所述进气通道的一端连接高温净化腔，所述进气通道的另一端连接进气口，所述排气通道的一端连接高温净化腔，所述排气通道的另一端连接排气口；
所述高温净化腔为中空腔体，高温净化腔的内壁设置有发热体Ⅰ，所述高温净化腔的内部设置有发热体Ⅱ，所述发热体Ⅰ的外部设置有保温结构，保温结构对整个发热体Ⅰ、发热体Ⅱ进行包裹保温；
所述保温结构与发热体Ⅰ之间设置有保护内衬Ⅰ进行隔离，所述发热体Ⅰ与高温净化腔之间设置有保护内衬Ⅱ进行隔离，所述发热体Ⅰ与高温净化腔中气体没有直接接触；所述发热体Ⅱ与高温净化腔之间设置有保护内衬Ⅲ进行隔离；所述发热体Ⅰ、发热体Ⅱ不与高温净化腔中的含病毒的待处理气体直接接触，由碳化硅材质的保护内衬Ⅱ、保护内衬Ⅲ进行隔绝保护。
所述进气口、进气通道、保护内衬Ⅰ、保护内衬Ⅱ、保护内衬Ⅲ、排气通道、排气口由高性能、抗氧化、耐腐蚀的碳化硅材料制成。
含病毒的待处理气体由进气口导入，经进气通道进入高温净化腔，经过高温干热灭毒后，由排气通道经排气口排入大气。
进一步，所述进气通道与排气通道为一体结构，中间仅有一层碳化硅材质的通道壁作为保护内衬进行隔离，使进气通道与排气通道紧密结合，进行换热，利用排气余热预加热进气，所述保护内衬Ⅳ由高性能、抗氧化、耐腐蚀的碳化硅材料制成。
进一步的，所述保温结构的一侧设置有微波发生器，微波发生器产生的微波透过保温层对碳化硅等微波吸收体进行加热进一步的，所述高温净化腔内发热体Ⅰ与发热体Ⅱ之间形成的气体流道为迷宫结构和/或仿丛林结构，对气体流动路径进行优化。
进一步的，所述气体流道为迷宫结构可通过在保护内衬Ⅱ、保护内衬Ⅲ设置有挡板，通过挡板组成的曲折路径，多次改变运动方向，实现含病毒的待处理气体的高温灭活病毒。所述挡板由碳化硅材料制成。
进一步的，所述气体流道为迷宫结构可通过设置格栅来实现，所述格栅包括四种，分别可以为水平式格栅12-1、竖直式格栅12-2、左斜式格栅12-3和右斜式格栅12-4，4种不同类型的格栅可通过不同的组合，可增加病毒与高温格栅发生碰撞的几率，实现含病毒的待处理气体的高温灭活病毒。所述格栅由碳化硅材料制成。
进一步的，所述高温净化腔内的灭毒温度可达500℃～700℃。
进一步的，所述发热体Ⅰ、发热体Ⅱ可为硅钼棒等阻性电热元件，或由碳化硅粉、石墨烯或石墨烯包覆的碳化硅粉制成；
当所述发热体Ⅰ、发热体Ⅱ为硅钼棒等阻性电热元件时,所述发热体Ⅰ与保护内衬Ⅰ、保护内衬Ⅱ为组合化结构，所述发热体Ⅱ与保护内衬Ⅲ为组合化结构，微波发生器可辅以微波加热；
或当所述发热体Ⅰ、发热体Ⅱ由碳化硅粉、石墨烯或石墨烯包覆的碳化硅粉制成时,利用碳化硅的吸波特性，将所述发热体Ⅰ与保护内衬Ⅰ、保护内衬Ⅱ制作为碳化硅材质的一体性结构，所述发热体Ⅱ与保护内衬Ⅲ制作为碳化硅材质的一体性结构，仅采用微波发生器进行加热。所述发热体Ⅰ、发热体Ⅱ优选为由纳米碳化硅或石墨烯包覆的纳米碳化硅制成，更优选为由石墨烯包覆的纳米碳化硅制成。
进一步的，当所述发热体Ⅰ、发热体Ⅱ为硅钼棒等阻性电热元件时,所述发热体Ⅰ与保护内衬Ⅰ之间的间隙、发热体Ⅰ与保护内衬Ⅱ之间的间隙、发热体Ⅱ与保护内衬Ⅲ之间的间隙填充碳化硅粉、石墨烯或石墨烯包覆的碳化硅粉，优选为纳米碳化硅或石墨烯包覆的纳米碳化硅，更优选为石墨烯包覆的纳米碳化硅。
进一步的，所述保护内衬Ⅲ设置有热电偶插孔Ⅰ，所述热电偶插孔Ⅰ位于靠近进气通道和排气通道的位置，为高温净化腔的低温区，通过热电偶Ⅰ测量低温区的温度；所述保护内衬Ⅱ设置有热电偶插孔Ⅱ，所述热电偶插孔Ⅱ位于远离进气通道和排气通道的位置，为高温净化腔的高温区，通过热电偶Ⅱ测量高温区的温度和控制高温净化腔的温度。控制所述高温净化腔内的灭毒温度为600℃～650℃。
进一步的，所述进气通道、排气通道分别与保护外壳固定连接，所述进气口、排气口位于保护外壳的外部。
进一步的，所述保温结构为保温层，所述保温层的材质优选为硅酸钙。
进一步的，所述保温结构与保护内衬Ⅰ之间设置有空气隔热层。
进一步的，所述进气口处设置有低导热系数的隔温层。所述隔温层的材质优选为氧化锆。
进一步的，所述碳化硅材质的高温干热灭毒装置可与医院新风系统联合使用，排出风进气口可直接导入医院新风系统排出气。
本发明的有益效果：
本发明利用碳化硅的耐高温、抗氧化、耐腐蚀、抗磨损、强度高、导热性好、吸收微波等特点，提供具有迷宫结构或仿丛林结构的碳化硅材质高温干热灭毒装备，可对医院、隔离区等的新风系统排出风进行深度灭毒，避免病毒源通过新风系统排出风向周围环境传播扩散。
本发明装置的发热体Ⅰ、发热体Ⅱ采用硅钼棒等阻性电热元件或利用碳化硅等可吸收微波材料的吸波特性进行加热。进气口、进气通道、保护内衬Ⅰ、保护内衬Ⅱ、保护内衬Ⅲ、排气通道、排气口均采用碳化硅材质，灭毒工作区的温度达到500℃～700℃，可对接新风系统排出气，极大改善医院隔离病房及隔离观察点的新冠肺炎等高传染性呼吸道疾病患者以及疑似人员的生活空间的空气质量，解决通风换气问题，同时对新风系统排出风进行灭毒处理，防止病毒传播，降低医院及隔离点周围居民的恐慌情绪，为控制病毒传播，对维护公共卫生安全提供技术和设备支持。
本发明装置与新风系统联合使用，灭菌时间极短，连续灭毒，工作效率大幅提高；同时通过迷宫结构或仿丛林结构的气流路径优化设计、热量回收设计和重要组件采用碳化硅材质加工利用碳化硅吸收微波性能，将灭毒温度提高到500℃～700℃达到高效灭毒和节能环保的目标。本发明装置的耐腐蚀性强，使用寿命大幅度提高，能源利用率较高。
本发明的工作原理：
将高传染性呼吸道疾病患者以及疑似人员生活空间的新风系统排出气导入进气口，气体经碳化硅材质的进气通道进入高温净化腔，腔体内的迷宫结构和/或仿丛林结构发热体Ⅰ、发热体Ⅱ优化气体流动路径，提高停留时间和接触面积，发热体可为硅钼棒等阻性电热元件或采用碳化硅材质吸收微波发生器产生的微波能量，对气体保护内衬Ⅱ、保护内衬Ⅲ及腔内气体加热，短时间内将气体加热至500℃～700℃，达到灭毒目的，后经排气通道通过排气口无害化排入大气。
本发明的创新性：
本发明高效病毒灭活装置要求选优的材料具有高导热性、耐氧化、耐腐蚀、耐磨损等性能。碳化硅，又称金刚砂,结构与金刚石相似，属于原子晶体。如表1所示，石墨烯以及金刚石导热系数虽高，但在高温条件下易发生氧化反应，不适合作为制备高效病毒灭活装置的材料。
表1不同材料的导热系数
Figure BDA0002419861370000051
碳化硅也是性能卓越的导热材料，导热系数为490W/(m·K)，超过金属中导热性最强的银，约为钢的13.6倍；碳化硅的莫氏硬度为9.5，显著高于钢材料；碳化硅熔点高达1650℃，具有抗氧化、耐腐蚀、抗磨损的特性、而且可吸收微波,将微波能量转化成热能。
本发明中不仅气体的流通路径均采用碳化硅材质制备，在发热体与碳化硅保护内衬之间的间隙，填充碳化硅粉、石墨烯或石墨烯包覆的碳化硅粉。
石墨烯的导热系数高达5300W/(m·K)。石墨烯包覆的碳化硅粉不仅具有更高的导热性能，而且具有优异的吸收微波特性，可迅速将发热体的热量传递到保护内衬，避免由于存在空气间隙影响热量传递。石墨烯或石墨烯包覆的碳化硅粉被封装在发热体与碳化硅保护内衬之间的缝隙，隔绝空气，确保石墨烯不被氧化。
附图说明
图1为本发明实施例1中采用硅钼棒、微波组合加热与迷宫路径结合的灭毒装置的结构示意图。
图2为本发明实施例2中采用微波加热与迷宫路径结合的灭毒装置的结构示意图。
图3为本发明实施例3中采用硅钼棒、微波组合加热，与空气隔热层、迷宫路径相结合的灭毒装置的结构示意图。
图4为本发明实施例4、实施例5中采用水平、竖直、左斜、右斜式碳化硅格栅，组合构建仿丛林结构的示意图。
图5为本发明实施例4中采用仿丛林结构的灭毒装置示意图。
图6为本发明实施例5中采用迷宫路径与仿丛林结构相结合的灭毒装置图。
图中：1、保护外壳，2、进气通道，2-1、进气口、3、排气通道，3-1、排气口、4、保温结构，5-1、发热体Ⅰ，5-2、发热体Ⅱ，6、高温净化腔，7-1、保护内衬Ⅰ，7-2保护内衬Ⅱ，7-3、保护内衬Ⅲ，8、微波发生器，9、间隙，10、隔温层，11、空气隔热层，12-1、水平式格栅，12-2、竖直式格栅，12-3、左斜式格栅，12-4、右斜式格栅，13-1、热电偶插孔Ⅰ，13-2、热电偶插孔Ⅱ。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
如图1所示，一种碳化硅材质的高温干热灭活病毒装置，包括保护外壳1,所述保护外壳1的内部设置有高温净化6、发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2、保温结构4、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3和微波发生器8，所述高温净化腔6分别与进气通道2、排气通道3相连通，所述进气通道2的一端连接高温净化腔6，所述进气通道2的另一端连接进气口2-1，所述排气通道3的一端连接高温净化腔6，所述排气通道3的另一端连接排气口3-1；所述进气通道2、排气通道3分别与保护外壳1固定连接，所述进气口2-1、排气口3-1位于保护外壳1的外部，进气通道2与排气通道3为一体结构，使进气通道2与排气通道3紧密结合，进行换热，利用排气余热预加热进气。
所述高温净化腔6的内壁设置有发热体Ⅰ5-1，所述高温净化腔6的内部设置有发热体Ⅱ5-2，所述发热体Ⅰ5-1的外部设置有保温结构4，所述保温结构4对整个发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2进行包裹保温。所述保温结构4的一侧设置有微波发生器8，微波发生器8产生的微波透过保温结构4对碳化硅等微波吸收体进行加热。
所述保温结构4与发热体Ⅰ5-1之间设置有保护内衬Ⅰ7-1进行隔离，所述发热体Ⅰ5-1于高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅱ7-2进行隔离；所述发热体Ⅱ5-2于高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅲ7-3进行隔离；所述发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2不与高温净化腔6中的含病毒的待处理气体直接接触，由碳化硅材质的保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3进行隔绝保护。所述保护内衬Ⅲ7-3设置有热电偶插孔Ⅰ13-1，所述热电偶插孔Ⅰ13-1位于靠近进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的低温区，通过热电偶Ⅰ测量低温区的温度；所述保护内衬Ⅱ7-2设置有热电偶插孔Ⅱ，所述热电偶插孔Ⅱ13-2位于远离进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的高温区，通过热电偶Ⅱ13-2测量高温区的温度和控制高温净化腔6的温度。控制所述高温净化腔6内的灭毒温度为650℃～700℃。
所述发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2为通电加热的硅钼棒，所述发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2为组合化结构，所述发热体Ⅱ5-2与保护内衬Ⅲ7-3为组合化结构，微波发生器8可辅以微波加热；微波发生器8的工作频率为2450MHz。所述发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅰ7-1之间的间隙9、发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅱ7-2之间的间隙9、发热体Ⅱ5-2与保护内衬Ⅲ7-3之间的间隙9填充石墨烯包覆的纳米碳化硅粉。石墨烯包覆的纳米碳化硅粉采用专利ZL201610409289.1的方法进行制备，纳米碳化硅的粒度分布峰位于400nm附近。所述进气口2、进气通道2-1、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3、排气通道3、排气口3-1由碳化硅材料制成。所述保温结构4的材质为多孔硅酸钙。所述高温净化腔6内发热体Ⅰ5-1与发热体Ⅱ5-2之间形成的气体流道为迷宫结构，所述保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3为带有挡板的保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3。待灭毒的空气经过多组碳化硅挡板组成的曲折路径，多次改变运动方向，强化高温碳化硅材质与待灭毒空气之间的热传导及热辐射效应，使空气中的病毒被充分加热灭活。
在进气口2位置设置有低导热系数的隔温层10，用于与医院新风系统的排气口连接，所述隔温层的材质为氧化锆。
实施例2
如图2所示，一种碳化硅材质的高温干热灭活病毒毒装置，包括保护外壳1,所述保护外壳1的内部设置有高温净化6、发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2、保温结构4、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3和微波发生器8，所述高温净化腔6分别与进气通道2、排气通道3相连通，所述进气通道2的一端连接高温净化腔6，所述进气通道2的另一端连接进气口2-1，所述排气通道3的一端连接高温净化腔6，所述排气通道3的另一端连接排气口3-1；所述进气通道2、排气通道3分别与保护外壳1固定连接，所述进气口2-1、排气口3-1位于保护外壳1的外部，进气通道2与排气通道3为一体结构，使进气通道2与排气通道3紧密结合，进行换热，利用排气余热预加热进气。
所述高温净化腔6的内壁设置有发热体Ⅰ5-1，所述高温净化腔6的内部设置有发热体Ⅱ5-2，所述发热体Ⅰ5-1的外部设置有保温结构4，所述保温结构4对整个发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2进行包裹保温。所述保温结构4的一侧设置有微波发生器8，微波发生器8产生的微波透过保温结构4对碳化硅等微波吸收体进行加热。
所述保温结构4与发热体Ⅰ5-1之间设置有保护内衬Ⅰ7-1进行隔离，所述发热体Ⅰ5-1与高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅱ7-2进行隔离；所述发热体Ⅱ5-2于高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅲ7-3进行隔离；所述发热体Ⅰ、发热体Ⅱ不与高温净化腔6中的含病毒的待处理气体直接接触，由碳化硅材质的保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3进行隔绝保护。所述保护内衬Ⅲ7-3设置有热电偶插孔Ⅰ13-1，所述热电偶插孔Ⅰ13-1位于靠近进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的低温区，通过热电偶Ⅰ测量低温区的温度；所述保护内衬Ⅱ7-2设置有热电偶插孔Ⅱ13-2，所述热电偶插孔Ⅱ13-2位于远离进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的高温区，通过热电偶Ⅱ13-2测量高温区的温度和控制高温净化腔6的温度。控制所述高温净化腔6内的灭毒温度为500℃～550℃。
所述发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2由石墨烯包覆的纳米碳化硅粉制成，石墨烯包覆的纳米碳化硅粉采用专利ZL201610409289.1的方法进行制备，纳米碳化硅的粒度分布峰位于400nm附近。所述发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2为一体性结构，所述发热体Ⅱ5-2与保护内衬Ⅲ7-3为一体性结构。所述发热体Ⅰ5-1充满保护内衬Ⅰ7-1与保护内衬Ⅱ7-2之间的空腔，所述发热体Ⅱ5-2位于保护内衬Ⅲ7-3内部，充满的保护内衬Ⅲ7-3空腔，仅采用微波发生器8进行加热；微波发生器8的工作频率为2450MHz。所述进气口2、进气通道2-1、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3、排气通道3、排气口3-1由碳化硅材料制成。所述保温结构4的材质为多孔硅酸钙。所述高温净化腔6内发热体Ⅰ5-1与发热体Ⅱ5-2之间形成的气体流道为迷宫结构，所述保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3为带有挡板的保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3。待灭毒空气经过多组碳化硅挡板组成的曲折路径，多次改变运动方向，强化高温碳化硅材质与待灭毒空气之间的热传导及热辐射效应，使空气中的病毒被充分加热灭活。
在进气口2位置设置有低导热系数的隔温层10，用于与医院新风系统的排气口连接，所述隔温层的材质为氧化锆。
实施例3
如图3所示，一种碳化硅材质的高温干热灭活病毒装置，包括保护外壳1,所述保护外壳1的内部设置有高温净化6、发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2、保温结构4、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3和微波发生器8，所述高温净化腔6分别与进气通道2、排气通道3相连通，所述进气通道2的一端连接高温净化腔6，所述进气通道2的另一端连接进气口2-1，所述排气通道3的一端连接高温净化腔6，所述排气通道3的另一端连接排气口3-1；所述进气通道2、排气通道3分别与保护外壳1固定连接，所述进气口2-1、排气口3-1位于保护外壳1的外部，进气通道2与排气通道3为一体结构，使进气通道2与排气通道3紧密结合，进行换热，利用排气余热预加热进气。
所述高温净化腔6的内壁设置有发热体Ⅰ5-1，所述高温净化腔6的内部设置有发热体Ⅱ5-2，所述发热体Ⅰ5-1的外部设置有保温结构4，所述保温结构4对整个发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2进行包裹保温。所述保温结构4的一侧设置有微波发生器8，微波发生器8产生的微波透过保温结构4对碳化硅等微波吸收体进行加热。
所述保温结构4与发热体Ⅰ5-1之间设置有保护内衬Ⅰ7-1进行隔离，所述发热体Ⅰ5-1于高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅱ7-2进行隔离；所述发热体Ⅱ5-2于高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅲ7-3进行隔离；所述发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2不与高温净化腔6中的含病毒的待处理气体直接接触，由碳化硅材质的保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3进行隔绝保护。所述保护内衬Ⅲ7-3设置有热电偶插孔Ⅰ13-1，所述热电偶插孔Ⅰ13-1位于靠近进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的低温区，通过热电偶Ⅰ测量低温区的温度；所述保护内衬Ⅱ7-2设置有热电偶插孔Ⅱ13-2，所述热电偶插孔Ⅱ13-2位于远离进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的高温区，通过热电偶Ⅱ13-2测量高温区的温度和控制高温净化腔6的温度。所述高温净化腔6内的灭毒温度为650℃-700℃。
所述发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2为通电加热的硅钼棒，所述发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2为组合化结构，所述发热体Ⅱ5-2与保护内衬Ⅲ7-3为组合化结构，微波发生器8可辅以微波加热；微波发生器8的工作频率为2450MHz。所述发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅰ7-1之间的间隙9、发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅱ7-2之间的间隙9、发热体Ⅱ5-2与保护内衬Ⅲ7-3之间的间隙9填充石墨烯包覆的纳米碳化硅粉。石墨烯包覆的纳米碳化硅粉采用专利ZL201610409289.1的方法进行制备，纳米碳化硅的粒度分布峰位于400nm附近。所述进气口2、进气通道2-1、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3、排气通道3、排气口3-1由碳化硅材料制成。所述保温结构的材质为多孔硅酸钙。所述高温净化腔6内发热体Ⅰ5-1与发热体Ⅱ5-2之间形成的气体流道为迷宫结构，所述保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3为带有挡板的保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3。待灭毒空气经过多组碳化硅挡板组成的曲折路径，多次改变运动方向，强化高温碳化硅材质与待灭毒空气之间的热传导及热辐射效应，使空气中的病毒被充分加热灭活。
在进气口2位置设置有低导热系数的隔温层10，用于与医院新风系统的排气口连接，所述隔温层的材质为氧化锆。所述保温结构4与保护内衬Ⅰ7-1之间设置有空气隔热层。
实施例4
如图4、5所示，一种碳化硅材质的高温干热灭活病毒装置，包括保护外壳1,所述保护外壳1的内部设置有高温净化6、发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2、保温结构4、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3和微波发生器8，所述高温净化腔6分别与进气通道2、排气通道3相连通，所述进气通道2的一端连接高温净化腔6，所述进气通道2的另一端连接进气口2-1，所述排气通道3的一端连接高温净化腔6，所述排气通道3的另一端连接排气口3-1；所述进气通道2、排气通道3分别与保护外壳1固定连接，所述进气口2-1、排气口3-1位于保护外壳1的外部，进气通道2与排气通道3为一体结构，使进气通道2与排气通道3紧密结合，进行换热，利用排气余热预加热进气。
所述高温净化腔6的内壁设置有发热体Ⅰ5-1，所述高温净化腔6的内部设置有发热体Ⅱ5-2，所述发热体Ⅰ5-1的外部设置有保温结构4，所述保温结构4对整个发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2进行包裹保温。所述保温结构4的一侧设置有微波发生器8，微波发生器8产生的微波透过保温结构4对碳化硅等微波吸收体进行加热。
所述保温结构4与发热体Ⅰ5-1之间设置有保护内衬Ⅰ7-1进行隔离，所述发热体Ⅰ5-1于高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅱ7-2进行隔离；所述发热体Ⅱ5-2于高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅲ7-3进行隔离；所述发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2不与高温净化腔6中的含病毒的待处理气体直接接触，由碳化硅材质的保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3进行隔绝保护。所述保护内衬Ⅲ7-3设置有热电偶插孔Ⅰ13-1，所述热电偶插孔Ⅰ13-1位于靠近进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的低温区，通过热电偶Ⅰ测量低温区的温度；所述保护内衬Ⅱ7-2设置有热电偶插孔Ⅱ，所述热电偶插孔Ⅱ13-2位于远离进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的高温区，通过热电偶Ⅱ13-2测量高温区的温度和控制高温净化腔6的温度。控制所述高温净化腔6内的灭毒温度为650℃～700℃。
所述发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2为通电加热的硅钼棒，所述发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2为组合化结构，所述发热体Ⅱ5-2与保护内衬Ⅲ7-3为组合化结构，微波发生器8可辅以微波加热；微波发生器8的工作频率为2450MHz。所述发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅰ7-1之间的间隙9、发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅱ7-2之间的间隙9、发热体Ⅱ5-2与保护内衬Ⅲ7-3之间的间隙9填充石墨烯包覆的纳米碳化硅粉。石墨烯包覆的纳米碳化硅粉采用专利ZL201610409289.1的方法进行制备，纳米碳化硅的粒度分布峰位于400nm附近。所述进气口2、进气通道2-1、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3、排气通道3、排气口3-1由碳化硅材料制成。所述保温结构的材质为多孔硅酸钙。
所述高温净化腔6内发热体Ⅰ5-1与发热体Ⅱ5-2之间形成的气体流道为仿丛林结构。所述仿丛林结构的气体流道中内设置有格栅，所述格栅包括四种，分别为水平式格栅12-1、竖直式格栅12-2、左斜式格栅12-3和右斜式格栅12-4，4种不同类型的格栅构成1组格栅组合，所述格栅的材质为碳化硅。所述仿丛林结构的气体流道中内依次设置有2组依次由水平式格栅12-1、竖直式格栅12-2、左斜式格栅12-3、右斜式格栅12-4组成的碳化硅格栅组合，即依次设置水平式格栅12-1、竖直式格栅12-2、左斜式格栅12-3、右斜式格栅12-4；然后，再依次设置水平式格栅12-1、竖直式格栅12-2、左斜式格栅12-3、右斜式格栅12-4。采用不同类型的碳化硅格栅组合，构建仿丛林结构的说明如图4所示。通过水平式格栅12-1与竖直式格栅12-2的组合，可构建出如12-1∩12-2所示的网状格栅；进一步与左斜式格栅12-3组合后，构建出12-1∩12-2∩12-3所示的网状格栅；进一步与右斜式格栅12-4组合，如12-1∩12-2∩12-3∩12-4所示，横截面上已看不到格栅网孔。这表明，通过依次设置水平式格栅12-1、竖直式格栅12-2、左斜式格栅12-3、右斜式格栅12-4，直线运动的分子一定会受到格栅的阻挡。在病毒分子随气流由进气口向出气口运动过程中，这种依次设置的碳化硅格栅组合，具有类似丛林的遮挡效果，可增加病毒与高温碳化硅格栅发生碰撞的几率，达到更充分灭活病毒的效果。在气流路径上，重复设置这种碳化硅格栅组合，可使灭活病毒更为彻底。
在进气口2位置设置有低导热系数的隔温层10，用于与医院新风系统的排气口连接，所述隔温层的材质为氧化锆。
实施例5
如图4、6所示，一种碳化硅材质的高温干热灭活病毒装置，包括保护外壳1,所述保护外壳1的内部设置有高温净化6、发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2、保温结构4、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3和微波发生器8，所述高温净化腔6分别与进气通道2、排气通道3相连通，所述进气通道2的一端连接高温净化腔6，所述进气通道2的另一端连接进气口2-1，所述排气通道3的一端连接高温净化腔6，所述排气通道3的另一端连接排气口3-1；所述进气通道2、排气通道3分别与保护外壳1固定连接，所述进气口2-1、排气口3-1位于保护外壳1的外部，进气通道2与排气通道3为一体结构，使进气通道2与排气通道3紧密结合，进行换热，利用排气余热预加热进气。
所述高温净化腔6的内壁设置有发热体Ⅰ5-1，所述高温净化腔6的内部设置有发热体Ⅱ5-2，所述发热体Ⅰ5-1的外部设置有保温结构4，所述保温结构4对整个发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2进行包裹保温。所述保温结构(4)的一侧设置有微波发生器8，微波发生器8产生的微波透过保温结构4对碳化硅等微波吸收体进行加热。
所述保温结构4与发热体Ⅰ5-1之间设置有保护内衬Ⅰ7-1进行隔离，所述发热体Ⅰ5-1于高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅱ7-2进行隔离；所述发热体Ⅱ5-2于高温净化腔6内设置有保护内衬Ⅲ7-3进行隔离；所述发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2不与高温净化腔6中的含病毒的待处理气体直接接触，由碳化硅材质的保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3进行隔绝保护。所述保护内衬Ⅲ7-3设置有热电偶插孔Ⅰ13-1，所述热电偶插孔Ⅰ13-1位于靠近进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的低温区，通过热电偶Ⅰ测量低温区的温度；所述保护内衬Ⅱ7-2设置有热电偶插孔Ⅱ13-2，所述热电偶插孔Ⅱ13-2位于远离进气通道2和排气通道3的位置，为高温净化腔6的高温区，通过热电偶Ⅱ13-2测量高温区的温度和控制高温净化腔6的温度。控制所述高温净化腔6内的灭毒温度为600℃～650℃。
所述发热体Ⅰ5-1、发热体Ⅱ5-2为通电加热的硅钼棒，所述发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2为组合化结构，所述发热体Ⅱ5-2与保护内衬Ⅲ7-3为组合化结构，微波发生器8可辅以微波加热；微波发生器8的工作频率为2450MHz。所述发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅰ7-1之间的间隙9、发热体Ⅰ5-1与保护内衬Ⅱ7-2之间的间隙9、发热体Ⅱ5-2与保护内衬Ⅲ7-3之间的间隙9填充石墨烯包覆的纳米碳化硅粉。石墨烯包覆的纳米碳化硅粉采用专利ZL201610409289.1的方法进行制备，纳米碳化硅的粒度分布峰位于400nm附近。所述进气口2、进气通道2-1、保护内衬Ⅰ7-1、保护内衬Ⅱ7-2、保护内衬Ⅲ7-3、排气通道3、排气口3-1由碳化硅材料制成。所述保温结构的材质为多孔硅酸钙。
所述高温净化腔6内发热体Ⅰ5-1与发热体Ⅱ5-2之间形成的气体流道为仿丛林结构。所述仿丛林结构的气体流道中内设置有格栅，所述格栅包括四种，分别为水平式格栅12-1、竖直式格栅12-2、左斜式格栅12-3和右斜式格栅12-4，4种不同类型的格栅构成1组格栅组合，所述格栅的材质为碳化硅。所述格栅沿气体流向方向依次设置8组依次由水平式格栅12-1、竖直式格栅12-2、左斜式格栅12-3、右斜式格栅12-4组成的碳化硅格栅组合。采用不同类型的碳化硅格栅组合，构建仿丛林结构的说明如图4所示。通过水平式格栅12-1与竖直式格栅12-2的组合，可构建出如12-1∩12-2所示的网状格栅；进一步与左斜式格栅12-3组合后，构建出12-1∩12-2∩12-3所示的网状格栅；进一步与右斜式格栅12-4组合，如12-1∩12-2∩12-3∩12-4所示，横截面上已看不到格栅网孔。这表明，通过依次设置水平式格栅12-1、竖直式格栅12-2、左斜式格栅12-3、右斜式格栅12-4，直线运动的分子一定会受到格栅的阻挡。在病毒分子随气流由进气口2-1向排气口3-1运动过程中，这种依次设置的碳化硅格栅组合，具有迷宫路径与类似丛林的遮挡效果。在气流路径上，这种将迷宫路径与仿丛林结构相结合得设置，不仅利用迷宫路径多次改变气流运动方向，强化气流与高温碳化硅材质之间的热量传递，而且通过由多组碳化硅格栅组成的仿丛林结构，增加病毒与高温碳化硅格栅的碰撞几率。将这两种效应相结合,可更充分地加热气流，使病毒灭活程度尤为彻底，进一步确保排出气流安全无毒。
在进气口2位置设置有低导热系数的隔温层10，用于与医院新风系统的排气口连接，所述隔温层的材质为氧化锆。

Claims (9)

1.一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，其特征在于，包括保护外壳（1），所述保护外壳（1）的内部设置有高温净化腔（6）、发热体Ⅰ（5-1）、发热体Ⅱ（5-2）、保温结构（4）、保护内衬Ⅰ（7-1）、保护内衬Ⅱ（7-2）和保护内衬Ⅲ（7-3），
所述高温净化腔（6）分别与进气通道（2）、排气通道（3）相连通，所述进气通道（2）的一端连接高温净化腔（6），所述进气通道（2）的另一端连接进气口（2-1），所述排气通道（3）的一端连接高温净化腔（6），所述排气通道（3）的另一端连接排气口（3-1）；
所述高温净化腔（6）内气体流道为迷宫结构和/或仿丛林结构；所述仿丛林结构的气体流道内设置有格栅，所述格栅包括四种，分别为水平式格栅（12-1）、竖直式格栅（12-2）、左斜式格栅（12-3）和右斜式格栅（12-4），4种不同类型的格栅构成1组格栅组合；
所述高温净化腔（6）的内壁设置有发热体Ⅰ（5-1），所述高温净化腔（6）的内部设置有发热体Ⅱ（5-2），所述发热体Ⅰ（5-1）的外部设置有保温结构（4）；
所述保温结构（4）与发热体Ⅰ（5-1）之间设置有保护内衬Ⅰ（7-1），所述发热体Ⅰ（5-1）与高温净化腔（6）之间设置有保护内衬Ⅱ（7-2）；所述发热体Ⅱ（5-2）与高温净化腔（6）之间设置有保护内衬Ⅲ（7-3）；
所述进气口（2）、进气通道（2-1）、保护内衬Ⅰ（7-1）、保护内衬Ⅱ（7-2）、保护内衬Ⅲ（7-3）、排气通道（3）、排气口（3-1）由碳化硅材料制成；
所述发热体Ⅰ（5-1）、发热体Ⅱ（5-2）为阻性电热元件，或由碳化硅粉、石墨烯或石墨烯包覆的纳米碳化硅粉制成；
所述高温净化腔（6）内的灭毒温度为500℃～700℃。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，其特征在于，所述进气通道（2）与排气通道（3）为一体结构。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，其特征在于，所述保温结构（4）的一侧设置有微波发生器（8）。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，其特征在于，其特征在于，所述保护内衬Ⅲ（7-3）设置有热电偶插孔Ⅰ（13-1），所述热电偶插孔Ⅰ（13-1）位于靠近进气通道（2）和排气通道（3）的位置，所述保护内衬Ⅱ设置有热电偶插孔Ⅱ（13-2），所述热电偶插孔Ⅱ位于远离进气通道（2）和排气通道（3）的位置。
5.根据权利要求1所述的一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，其特征在于，其特征在于，
当所述发热体Ⅰ（5-1）、发热体Ⅱ（5-2）为阻性电热元件时, 所述发热体Ⅰ（5-1）与保护内衬Ⅰ（7-1）、保护内衬Ⅱ（7-2）为组合化结构，所述发热体Ⅱ（5-2）与保护内衬Ⅲ（7-3）为组合化结构；
或当所述发热体Ⅰ（5-1）、发热体Ⅱ（5-2）由碳化硅粉、石墨烯或石墨烯包覆的碳化硅粉制成时,所述发热体Ⅰ（5-1）与保护内衬Ⅰ（7-1）、保护内衬Ⅱ（7-2）为一体性结构，所述发热体Ⅱ（5-2）与保护内衬Ⅲ（7-3）为一体性结构。
6.根据权利要求4所述的一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，其特征在于，当所述发热体Ⅰ（5-1）、发热体Ⅱ（5-2）为阻性电热元件时,所述发热体Ⅰ与保护内衬Ⅰ（7-1）之间的间隙、发热体Ⅰ（5-1）与保护内衬Ⅱ（7-2）之间的间隙、发热体Ⅱ（5-2）与保护内衬Ⅲ（7-3）之间的间隙填充碳化硅粉、石墨烯或石墨烯包覆的碳化硅粉。
7.根据权利要求1所述的一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，其特征在于，所述进气通道（2）、排气通道（3）分别与保护外壳（1）固定连接，所述进气口（2-1）、排气口（3-1）位于保护外壳（1）的外部。
8.根据权利要求1所述的一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，其特征在于，所述保温结构（4）与保护内衬Ⅰ（7-1）之间设置有空气隔热层（11）。
9.根据权利要求1所述的一种碳化硅材质的高温灭活病毒装置，其特征在于，所述进气口（2-1）处设置有隔温层（10）。
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