CN111405740A - 一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极机及方法，属于医用口罩灭菌修复技术领域。本发明包括壳体，壳体内设置有电源、吹风装置、等离子体驻极装置和口罩固定装置，口罩固定装置位于介质阻挡放电装置的上部，利用等离子体驻极装置产生的电场处理待处理口罩表面，可提高口罩荷电吸附能力，对无纺布材料进行驻极处理，同时电场中产生的等离子体活性粒子很快被材料吸附，被吸附后能持续起到灭菌作用，且口罩无异味，本发明可对短期使用过的口罩进行高效杀菌消毒再生，缓解口罩供应紧张，减少污染，同时实现小型少量口罩快速便携处理。

Description

一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极机及方法

技术领域

本发明涉及医用口罩灭菌修复领域领域，更具体地说，涉及一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极机及方法。

背景技术

为保证有效地抗击新型冠状病毒，人们对医用口罩的需求越来越多，为缓解口罩供应压力，需要对短期使用过的口罩进行高效杀菌消毒再生，缓解口罩供应紧张，减少大量废弃口罩对公共环境和公共卫生的潜在危害。

对口罩的灭菌处理，传统的化学方法虽然时效长，但会有有毒化学残留，不利于二次使用，该工艺本身也会对环境产生二次污染。采用紫外照射类的物理方法虽然没有二次污染，但是紫外线穿透能力差，处理时间长，效率低，如果没有处理充分，可能导致细菌病毒变异，出现更严重的致病性；离开处理区域后还需无菌保存，时效性差，很快跟没灭过一样。为满足隔离需要，预防较差感染，多个口罩也不适合大批量处理，小型少量口罩快速便携处理就很有必要。医用口罩本身材料大多并没有灭菌效果，如何在原有基础上适当增强过滤效果，增加灭菌能力，提高口罩附加值也非常有实用价值，目前尚未有专门处理口罩灭菌的专用装备。同时，据发表在《柳叶刀》的最新研究显示，新冠病毒至少可以在医用外科口罩外表面存活7天，口罩重复利用中的消杀更显得尤为重要。

低温等离子体包含带电粒子、高能电子以及电中性的活性粒子，如自由基、激发态原子和分子等。等离子体由高电压放电产生，伴随着复杂的物理化学效应，在与微生物作用时体现出了快速高效的灭菌能力，同时等离子体中的活性粒子与物质接触后会很快被材料吸附，吸附后驻留在材料上持续起到灭菌作用，是目前最有前途的杀菌消毒技术，在环境、生物、医疗等领域有广泛的应用前景。

中国发明专利(申请号：CN201910814668.2，申请日：2019年8月30日)，该申请公开了一种辉光放电等离子体表面处理方法及装置，为构建一种细导线接触式电极，该方法可以将碳纤维织物直接作为电极的一部分参与放电反应和粒子交换。而不能用于无纺布材料的处理，熔喷无纺布是非常薄，对温度也比较敏感，一旦紧贴电极上将穿孔损坏。

口罩本身属于非均匀材料、使用过的口罩含有大量湿气、口罩的形状比较复杂，不宜采用大气压低温等离子体直接处理，可将等离子体高活性粒子以气流的方式输送并穿透口罩进行杀菌消毒处理；另一方面，使用过的口罩往往湿度较大，空气阻力会变大，还有残留的异味，需要适当干燥脱附处理；口罩较大，常压等离子体的放电面积通常较小，难以保证粒子流均匀。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中不足，提供了一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极机及方法，本发明通过设置等离子体驻极装置，利用等离子体驻极装置产生的电场处理待处理口罩表面，可提高口罩荷电吸附能力，对无纺布材料进行驻极处理，同时电场中产生的等离子体活性粒子很快被材料吸附，被吸附后能持续起到灭菌作用，且口罩无异味，本发明可对短期使用过的口罩进行高效杀菌消毒再生，缓解口罩供应紧张，减少污染。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，包括壳体，壳体内设置有电源、等离子体驻极装置和口罩固定装置，电源用于给等离子体驻极装置供电，等离子体驻极装置与电源高压端相连，电源低压端与壳体接地，口罩固定装置位于等离子体驻极装置的上部，并处于等离子体驻极装置与壳体产生的电场中。电场对口罩固定装置中的待处理口罩驻极处理，同时电场产生活性粒子很快被材料吸附，被吸附后能持续起到灭菌作用。

作为本发明更进一步的改进，等离子体驻极装置为等离子体电极丝阵列，等离子体电极丝阵列包括若干电极丝，电极丝等间距分布，电源高压端通过绝缘高压导线与电极丝连接。等间距分布的电极丝有利于促进等离子体空间均匀分布。

作为本发明更进一步的改进，等离子体电极丝阵列两端通过绝缘部与外壳固定；等离子体电极丝阵列还包括电极球，电极丝与绝缘部通过电极球固定。电极球分散电场，避免对绝缘部的破坏。

作为本发明更进一步的改进，电极丝采用钛丝，和/或，电极球采用不锈钢，和/或，绝缘部采用PP或PTFE。

作为本发明更进一步的改进，电源为负偏压的交流电源，电源电压为8-12kV，和/或，电源电压为-(12-16)kV，和/或，功率不高于100W。交流放电有利于在电极丝附近产生等离子体，采用负偏压有利于负离子的产生，促进高能电子发射，提高电子穿透力等效果。

作为本发明更进一步的改进，还包括吹风装置和加热装置，加热装置对吹风装置的气流进行加热。气流加热为放电产生热环境，可以降低放电所需功率，热气也对上部的口罩区域起到干燥作用。

作为本发明更进一步的改进，吹风装置为风机，加热装置为加热电阻，风机与加热电阻为一体模块，即风机固定在加热电阻上，风机驱动经加热电阻加热的气流；加热电阻工作时的加热温度在50-80℃，和/或，风机的材质为金属。

作为本发明更进一步的改进，口罩固定装置为口罩夹具，壳体内还包括水平设置的夹具支持板，口罩夹具放置在夹具支持板上，且口罩夹具可更换，口罩夹具包括2根水平设置的导杆，导杆固定在安装板上，2根导杆上各设置有若干挂钩，挂钩可沿导杆滑动，待处理口罩通过其带子张拉在挂钩上从而固定于口罩夹具上，口罩挂好后可以均匀调节各个口罩的相对位置，根据需要可以设置备用的口罩夹具。

本发明的一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极方法，将待处理口罩安装在口罩夹具上，保持口罩夹具内口罩竖直放置于等离子体电极丝阵列上方，并将其靠近等离子体电极丝阵列；进行驻极处理，等离子体电极丝阵列连接电源高压端，壳体与电源低压端接地，待处理口罩在电场内被驻极。

作为本发明更进一步的改进，电源为负偏压的交流电源；或，气流经过加热电阻加热，并通过风机驱动，进行驻极处理，驻极处理后关闭电源和加热电阻，风机驱动冷风冷却待处理口罩，可稳定驻极。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明通过设置吹风装置和等离子体驻极装置，利用等离子体驻极装置产生的电场处理待处理口罩表面，可提高口罩荷电吸附能力，对无纺布材料进行驻极处理，同时电场中产生的等离子体活性粒子很快被材料吸附，被吸附后能持续起到灭菌作用，且口罩无异味，本发明可对短期使用过的口罩进行高效杀菌消毒再生，缓解口罩供应紧张，减少污染；本发明可实现小型少量口罩快速便携处理。

(2)本发明通过采用负偏压的交流电源，形成不对称场电源，采用负偏压有利于负离子的产生，具有促进高能电子发射，提高电子穿透力的效果，从而能够获得更好的驻极效果。

(3)本发明通过设置加热装置，气流加热为放电产生热环境，可以降低放电所需功率，热气也对上部的口罩区域起到干燥作用实现边干燥边对口罩进行灭菌修复驻极处理。

(4)本发明通过设置等离子体电极丝阵列，等离子体电极丝阵列包括若干电极丝，电极丝等间距分布，促进电极丝发生等离子放电产生的负离子在空间上均匀分布，同时在电极丝与绝缘部之间设置电极球，电极球能够分散电场，避免尖端放电对绝缘部的破坏，提升设备的耐久度和可靠性。

(5)本发明通过设置可更换的口罩夹具，一方面可以根据口罩的不同，如耳戴式或头戴式，更换合适的口罩夹具；另一方面可以用一备一，在一个口罩夹具处理时安装好另一个口罩夹具上的口罩，更换时直接更换口罩夹具，有效减少停机时间，提高处理效率。

(6)本发明通过先由风机驱动加热气流经过加热电阻加热，进行驻极处理，驻极处理后关闭电源和加热电阻，风机驱动冷风冷却待处理口罩，稳定驻极效果，有利于形成长时间带电的驻极，强化口罩的过滤效果。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为本发明立体图；

图3为本发明口罩夹具俯视图；

图4为本发明等离子体电极丝阵列放电装置示意图；

图5为本发明立体示意图；

图6为本发明电源交流正脉冲电压波形图；

图7为本发明电源交流负脉冲电压波形图；

图8为本发明原理图。

示意图中的标号说明：100、壳体；110、顶壁；120、散热格栅；130、控制面板；200、电源；210、高压变压器；220、辅助变压器；230、变压器散热器；310、风机；320、加热电阻；400、等离子体驻极装置；410、等离子体电极丝阵列；411、电极丝；412、绝缘部；413、电极球；414、连接部；500、口罩固定装置；510、口罩夹具；520、夹具支持板；600、待处理口罩。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

结合图1、图2和图5，本实施例的一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，包括壳体100，壳体100内由下往上依次设置有电源200、加热装置、吹风装置、等离子体驻极装置400和口罩固定装置500，电源采用直流电源或交流电源，结合图6、图7，该交流电源优选为交流脉冲电源，根据材料不同特性与不同驻极要求，只需调节电源进行输出反向，可以实现正/负脉冲高压的切换，满足材料对驻极极性要求，同时可以通过电源调节，实现对脉冲宽度进行调节，自由控制单周期内有效的驻极时间，图6和图7中虚线为脉冲宽度变大的示意图，不同材料对驻极频率也有要求，脉冲电源可以满足不同种材料的处理需要。非均匀电场即交流不对称场，其正负主要由脉冲幅度的正负决定，结合图6，采用正向脉冲时，正脉冲正高压幅值远远大负高压幅值，保证负高压基本不削减正高压的驻极效果；结合图7，采用负向脉冲时，负脉冲负高压幅值远远大正高压幅值，保证正高压基本不削减负高压的驻极效果。

电源200也可以选择负偏压交流电源，交流放电有利于在电极附近产生大面积等离子体，采用负偏压有利于负离子的产生，具有促进高能电子发射，提高电子穿透力的效果，电源200的功率小于100W，频率8-12kHz，电压-(12-16)kV，例如频率10kHz，电压-14kV，电源连接有高压变压器210和辅助变压器220。

加热装置对吹风装置的气流进行加热，加热装置可采用加热电阻320，加热电阻320工作时的加热温度在50-80℃，吹风装置可采用风机310，风机310的材质为金属，风机310与加热电阻320设置为一体模块，即风机310固定在加热电阻320上，形成热风机。结合图4，等离子体驻极装置400可采用等离子体电极丝阵列410，等离子体电极丝阵列410两端与壳体100固定连接，等离子体电极丝阵列410包括若干电极丝411，电极丝411等间距分布，利于负离子在空间上的均匀分布。若干电极丝411水平分布，所谓水平分布是指相邻电极丝在竖直面上无重叠。电极丝411采用钛丝，直径优选为1mm，绝缘部412采用PP或PTFE，绝缘性好，耐久度高，电极丝411通过电极球413与绝缘部412固定连接，电极球413采用不锈钢，电极球413能够分散电场，避免尖端放电对绝缘部412的破坏，电极丝411通过连接部414与电极球413连接，连接部414可包括孔洞，电极丝411通过螺栓结构与连接部414固定，电极球413与绝缘部412内部通过螺杆结构固定。

结合图3，口罩固定装置500可选用口罩夹具510，口罩夹具510放在壳体100内水平设置的夹具支持板520上，且口罩夹具510可更换，一方面可以根据不同的口罩类型选择合适的口罩夹具510，另一方面可以口罩夹具510可以用一备一，优选为两台口罩夹具510，在一个口罩夹具510处理时安装好另一个口罩夹具510上的口罩，更换时直接更换口罩夹具510。口罩夹具510包括2根水平设置的导杆512，导杆512材质选用铝，表面做氧化处理，轻便防腐，导杆512的两端固定在安装板511上，安装板511竖直设置，导杆512上各设置有若干挂钩513，挂钩513可沿导杆512滑动，待处理口罩600通过其带子张拉在挂钩513上从而固定于口罩夹具510上，待处理口罩600优选为其口罩面保持水平放置。待处理口罩600处于电极丝411与壳体100，尤其是壳体100的上端面形成的电场中，从而完成驻极，另一方面，电场产生的长寿命等离子体活性粒子被待处理口罩600的表面吸附，从而起到杀菌作用。

结合图8，电极丝411与壳体100之间的间隙为低温脉冲等离子体产生和处理区域，当两者间隙所加电压达到间隙间空气的放电电压时，空气放电产生低温脉冲等离子体。电极丝411接通脉冲电源200后，在间隙中放电，形成低温等离子体脉冲等离子体场，电极丝411与壳体100上端部等距平行，电极丝411数量不限。

结合图2，在壳体100上对应口罩夹具510的位置设有可以打开的舱门140，用于更换口罩夹具510。值得注意的是，本实施例中风机310及加热电阻320的为并列设置的多个有利于每个待处理口罩600的来风均匀，提高处理效果。

实施例2

结合图1和2，本实施例与实施例1的区别在于：

壳体100的侧壁开有散热口，为电源散热，优选为散热格栅120，壳体后壁设有变压器散热器230，可以为风扇结构，为变压器散热。壳体100的顶壁110上设置有抓手，优选为两个，便于低温等离子体口罩灭菌修复机的搬运。

壳体100上设有设置有控制面板130，用于定时以及控制加热电阻320、风机310和电源200的开关与功率大小，可以实现处理时间、处理温度、放电功率三个参数灵活调节。

实施例3

本实施例的一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极方法，

将待处理口罩600安装在口罩夹具510上，保持口罩夹具510内口罩竖直放置于等离子体电极丝阵列410上方，并将其靠近等离子体电极丝阵列410，其中，口罩夹具510可以一用一备，或一用多备，处理一批同时可以准备其余待处理，提高处理产量；

进行驻极处理，等离子体电极丝阵列411连接电源200的高压端，壳体100连接电源200低压端，电源200选用负偏压的交流电源，等离子体电极丝阵列411与壳体100之间形成电场，口罩夹具510夹持的待处理口罩600处于电场，完成驻极处理。处理未使用过的口罩时，可以打开加热电阻320进行加热，并通过风机310驱动气流，进行驻极处理，驻极处理后关闭电源和加热电阻320，风机310驱动冷风冷却待处理口罩600，可稳定驻极；处理使用过的较干燥的口罩可以不打开风机310和加热电阻320，直接进行驻极处理；处理使用过的较潮湿的口罩，首先打开加热电阻320和风机310，进行烘干操作，达到预设温度后开启电源，等离子体电极丝阵列410开始工作，进行驻极处理，驻极处理后关闭电源200和加热电阻320，风机310驱动冷风冷却待处理口罩600，可稳定驻极。以上所有操作可以通过在控制面板130上进行设置得以实现。

值得说明的是，本发明不限于以上的电极丝411数量、待处理口罩600数量和操作模式。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，包括壳体，其特征在于：所述壳体内设置有电源、等离子体驻极装置和口罩固定装置，所述电源用于给等离子体驻极装置供电，所述等离子体驻极装置与电源高压端相连，所述壳体与所述电源低压端接地；所述口罩固定装置位于所述等离子体驻极装置的上部，并处于等离子体驻极装置放电产生的电场中。

2.根据权利要求1所述的低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，其特征在于：所述等离子体驻极装置为等离子体电极丝阵列，所述等离子体电极丝阵列包括若干电极丝，所述电极丝等间距分布，所述电源高压端与所述电极丝连接。

3.根据权利要求2所述的低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，其特征在于：所述电极丝的两端通过绝缘部安装在外壳上；所述等离子体电极丝阵列还包括若干电极球，所述电极丝的两端与所述绝缘部通过电极球连接。

4.根据权利要求3所述的低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，其特征在于：所述电极丝采用钛丝，和/或，所述电极球采用不锈钢，和/或，所述绝缘部采用PP或PTFE。

5.根据权利要求1所述的低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，其特征在于：所述电源为负偏压的交流电源，所述电源频率为8-12kHZ，所述电源电压为-(12-16)kV，所述电源的功率不高于100W。

6.根据权利要求1-5任一所述的低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，其特征在于：还包括吹风装置和加热装置，所述加热装置对吹风装置的气流进行加热。

7.根据权利要求6所述的低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，其特征在于：所述吹风装置为风机，所述加热装置为加热电阻，所述风机安装在所述加热电阻上方；所述加热电阻工作时的加热温度在50-80℃。

8.根据权利要求1所述的低温等离子体口罩灭菌修复驻极机，其特征在于：所述口罩固定装置为口罩夹具，所述壳体内还包括水平设置的夹具支持板，所述口罩夹具放置在所述夹具支持板上，所述口罩夹具包括四根水平设置的导杆，所述导杆固定在安装板上，导杆与安装板形成四方体结构，四根所述导杆上各设置有若干挂钩，所述挂钩可沿所述导杆滑动。

9.一种低温等离子体口罩灭菌修复驻极方法，其特征在于：将待处理口罩安装在口罩夹具上，保持所述口罩夹具内口罩水平放置于等离子体电极丝阵列上方，并将其靠近所述等离子体电极丝阵列；所述等离子体电极丝阵列连接电源，所述口罩夹具夹持的所述待处理口罩处于等离子体电极丝阵列产生的电场中，对所述待处理口罩驻极，同时电场产生的等离子体对所述待处理口罩灭菌。

10.根据权利要求9所述的低温等离子体口罩灭菌修复驻极方法，其特征在于：所述电源为负偏压的交流电源；或，所述气流经过加热电阻加热，并通过风机驱动；驻极处理后关闭所述电源和加热电阻，风机驱动冷风冷却待处理口罩。

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