CN111912044A - 一种气载病毒防疫用室内空气消杀模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气载病毒防疫用室内空气消杀模组，模组外壳的下部设置有用于快速连接终端的机体快装结构，模组外壳的上部设置有出风防护结构，机体快装结构和出风防护结构之间从下至上依次包括防护网、等离子体发生装置、光触媒网膜、UVCLED阵列光源和紫外离子吸收网膜，等离子体发生装置和UVCLED阵列光源分别与电气控制箱电连接，空气依次经过防护网、等离子体发生装置、光触媒网膜、UVCLED阵列光源后经紫外离子吸收网膜过滤后排出。本发明具有单次循环效率高、易于部署、成本可控，对于常见气载病毒如2019‑nCov具有较高的灭活效率，可与直接部署于现有空气净化系统中，消杀过程安全高效无二次污染，有效解决医院，教室，商场，家庭空气中病毒防疫消杀的迫切需求。

Description

一种气载病毒防疫用室内空气消杀模组

技术领域

本发明属于消毒灭菌技术领域，具体涉及一种气载病毒防疫用室内空气消杀 模组。

背景技术

空气的消毒方式分为主动式和被动式。其中高效通用，人机共存的消毒方法仍以被动式空 气消毒方式为主。近年来，国内外大量研究人员利用紫外线、等离子体、光触媒等研制出多种 物化类空气消毒技术，其中，紫外辐照方法操作简便、设备结构简单且成本低廉，但是常用汞 灯光源紫外效率较低，对病毒灭活不彻底，同时可能产生有害臭氧，易造成二次污染；等离子 体方法能实现连续消毒，无危害且消毒效果较好，但设备成本较高，使用高压电晕放电安全性 不足；光触媒方式可以较大程度增强病毒消杀效果，提高反应速率，可实现连续消毒，但光触 媒存在失活现象，对光的依赖性较大，单独使用效果有待提高。单独的消杀方式各有优劣，将 不同类型技术复合协同可以弥补某种技术的缺陷，可以很大程度优化气载病毒的消杀效果。

目前，市场上已有的室内空气净化设备针对颗粒物或甲醛等具有较好的去除 作用，但对气载病毒的消杀效果仍有待进一步研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种气载 病毒防疫用室内空气消杀模组，为医院病房、办公场所、家庭处所等室内气载病 毒高效消杀和空气净化提供有效方案。

本发明采用以下技术方案：

一种气载病毒防疫用室内空气消杀模组，包括模组外壳，模组外壳的下部设 置有用于快速连接终端的机体快装结构，模组外壳的上部设置有出风防护结构， 机体快装结构和出风防护结构之间从下至上依次包括防护网、等离子体发生装 置、光触媒网膜、UVCLED阵列光源和紫外离子吸收网膜，等离子体发生装置和 UVCLED阵列光源分别与电气控制箱电连接，空气依次经过防护网、等离子体发 生装置、光触媒网膜、UVCLED阵列光源后经紫外离子吸收网膜过滤后排出。

具体的，模组外壳包括上壳体和下壳体，防护网和等离子体发生装置间隔设 置在下壳体内，光触媒网膜、UVCLED阵列光源和紫外离子吸收网膜间隔设置在 上壳体内。

进一步的，光触媒网膜与UVCLED阵列光源之间的距离为50～70mm，光触 媒网膜与等离子体发生装置线极之间的距离为30～40mm。

进一步的，防护网和等离子体发生装置分别设置在下壳体内部分割安装板的 上表面和下表面，防护网与等离子体发生装置之间相距8～10mm。

具体的，等离子体发生装置位于防护网的上部，采用基于脉冲电晕放电的线 -板放电模块产生低温等离子体，线-板放电模块气流方向垂直，双极可调直流脉 冲电压为3～4kV，线极线径为0.08～0.1mm，线板间距为15～20mm。

具体的，UVCLED阵列光源包括金属网格基板，金属网格基板上采用电路印 刷方式集成有UVCLED灯珠，LED灯珠布置于金属网格基板的网格交线处，金 属网格基板的通孔率为50％～75％。

进一步的，LED灯珠的出光角为55～65°，波长为265～275nm，辐射功率为 8～10mW，照射区域面积大于400cm²，工作距离小于50mm内单位面积照度大于 0.6mW/cm²，辐照均匀度大于90％。

具体的，光触媒网膜包括网格结构件，网格结构件上设置有钛/羟基磷灰石网 膜，钛/羟基磷灰石网膜采用锐钛矿型纳米TiO₂和水化羟基磷灰石负载于多层无 纺布静电网上制备而成。

进一步的，光触媒网膜将消杀空间分为上下两个腔体，光触媒网膜与等离子 体产生装置的板极等电位，光触媒材料在0.205mW/cm²的UVC照射下达到全面 催化。

具体的，紫外离子吸收网膜的厚度为5～6mm，包括涂覆有光稳定剂和紫外 线吸收剂混合物的泡沫铝基滤网，紫外离子吸收网膜与等离子体产生装置的板极 等电位。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种气载病毒防疫用室内空气消杀模组，针对当前新型冠状病毒防疫 消杀的迫切需求，为医院病房、办公场所、家庭处所等室内气载病毒高效消杀和 空气净化提供有效方案。本发明采用等离子体-光触媒-深紫外复合协同消杀手段， 极大增强了单次循环杀毒效率，可与直接安装于现有空气净化器结构中，操作便 捷易于推广，安全高效无二次污染，采用多层结构，多层消杀结构的有效通风面 积较大，总体风阻较小，直接安装不会对原有系统造成过载，将光催化等离子体 消杀和光催化深紫外消杀两种消毒模式通过光触媒网膜有机耦合，具备光催化等 离子体消杀机制、TiO₂光触媒消杀机制、光催化深紫外消杀机制和深紫外消杀机 制于一体，多效协同，极大提升病毒灭活效率；模组外壳底部设置机体快装结构， 便于将该模组直接作为病毒消杀配件套接于现有主流空气净化器的出风面，或作 为病毒消杀部件安装于中央空调或新风系统的空滤模块中，便于在防疫工作中快 速部署，降低病毒感染和传播风险，空气依次经过等离子体发生装置、光触媒网 膜、UVCLED阵列光源，最终经紫外离子吸收网膜过滤后排出，将经空气净化器 或新风系统作用的空气中残留病毒微生物作进一步消杀，保证单次循环病毒的残 留率大大降低，减少病毒消杀作用时间。

进一步的，等离子体发生装置采用相对较小的可调直流脉冲电压，产生等离 子体大部分与光触媒网膜上负载的纳米TiO₂相互作用，产生具有消杀作用的强 氧化性活性基团，小部分作为会与空气中的水和氧气分子作用产生活性粒子直接 参与病毒消杀。较低电压可减少等离子体发生装置过热和震动噪音，极大降低臭 氧生成量，降低电源负载和模块能耗。

进一步的，紫外消杀光源采用深紫外UVCLED阵列光源代替传统汞灯，无 热辐射，被照物品表面温升低，其体积紧凑，使用寿命长。UVLED光谱纯度高 单色性好，无需预热即可达到最大紫外输出功率，输出效率高，而且UVLED无 汞污染，更加安全环保。

进一步的，光源基本采用金属网格布局，便于快速散热，增加通孔率，降低 风阻，同时提升了光源辐照的均匀性和有效单位面积照度。

进一步的，选用出光角为60°，波长范围为250～280nm，辐射功率8～10mW 的UVCLED灯珠，保证在50mm工作距离内产生大于0.6mW/cm2的有效紫外照 度，在一定作用时间内对于常见气载病毒的灭活率较高。

进一步的，光触媒钛/羟基磷灰石网膜(PTAF)是一种新型光触媒材料，不 仅具备了羟基磷灰石的高吸附能力，而且还具备二氧化钛的杀菌能力，对流感病 毒具有很强的吸附灭活作用而且在UVC的辐照下可有效抑制SARS病毒，在预 防其他气载病毒方面具有较高应用价值。

进一步的，在等离子体和深紫外的分别作用下，在两个腔体内产生大量的具 备极强氧化能力的活性基团，对吸附于光触媒网膜上的细菌病毒进行灭活，充分 发挥光触媒钛/羟基磷灰石网膜(PTAF)的吸附和消杀作用，提高光触媒网膜的 利用率。

进一步的，模组出风口的紫外离子吸收网膜可有效减少模组工作空间内深紫 外的泄露，有效吸收排出气体中的等离子体，防止对工作环境中的人造成不必要 伤害。模组外壳内壁涂覆有紫外线吸收剂以降低紫外光在机体内部的散射，防止 紫外泄露到机体外部。

综上所述，本发明具有单次循环效率高、易于部署、成本可控的特点，对于 常见气载病毒如2019-nCov具有较高的灭活效率，可与直接部署于现有空气净化 系统中，消杀过程安全高效无二次污染，有效解决医院，教室，商场，家庭空气 中病毒防疫消杀的迫切需求。。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明UVCLED光源图；

图3为本发明光触媒钛/羟基磷灰石网膜示意图；

图4为本发明模块化配置示意图；

图5为本发明试制样机的实物图。

其中：1.机体快装结构；2.防护网；3.下壳体；4.等离子体发生装置；5.光 触媒网膜；501.网格结构件；502.钛/羟基磷灰石网膜；6.上壳体；7.UVCLED阵 列光源；701.金属网格基板；702.LED灯珠；8.紫外离子吸收网膜；9.出风防护结 构。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、 “下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、 “一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位 置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明 的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两 个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安 装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸 连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也 可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技 术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按 比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些 细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是 示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人 员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种气载病毒防疫用室内空气消杀模组，采用等离子体-光触 媒-深紫外复合协同消杀手段，强化消杀腔体内的高效强氧基团的分布密度，对 气载病毒进行多重消杀，可与直接安装于现有空气净化器结构中，且配置多重防 护结构，可实现人机共存，确保消杀过程安全高效无二次污染。

请参阅图1，本发明一种气载病毒防疫用室内空气消杀模组，包括外部壳体 构件、内部功能部件和电气控制箱，外部壳体结构包括机体快装结构1、模组外 壳和出风防护结构9，机体快装结构1设置在模组外壳的下部，用于连接过滤净 化终端，出风防护结构9设置在模组外壳的上部，用于将处理后的空气排出，电 气控制箱与内部功能部件电连接用于提供电能；内部功能部件采用多层结构，设 置在模组外壳内，位于机体快装结构1和出风防护结构9之间，从下至上依次包 括防护网2、等离子体发生装置4、光触媒网膜5、UVCLED阵列光源7和紫外 离子吸收网膜8，空气依次经过防护网2、等离子体发生装置4、光触媒网膜5、UVCLED阵列光源7后经紫外离子吸收网膜8过滤后排出。

在外部壳体结构中，机体快装结构1位于下壳体3的底部，将本发明所述空 气消杀模组安装于小米某空气净化器产品之上，以进一步杀灭经空气净化器排出 气体中的病毒微生物。设计壳体尺寸为320×320×95mm，机体快装结构1采用将 模组套接于空气净化器出风面的方式，并使用定位螺栓由侧向紧固。模组壳体与 空气净化器壳体之间的缝隙由密封橡胶条填充，如图4所示。

该安装方式仅作为本发明所述模组的一种安装配置方式，通过更改机体快装 结构，可将其作为终效过滤部件安装于空气净化器、中央空调、新风系统过滤系 统内部。

模组外壳为主要结构件，采用工业级树脂材料3D打印的方法成型，具备一 定的紫外和热防护特性，模组外壳与功能部件之间为螺栓连接，并保持三层功能 部件之间的安装距离，其中，光触媒网膜5与UVCLED阵列光源7之间的距离 为50～70mm，本实施例优选距离65mm，与等离子体发生装置4线极之间的距离 为30～40mm，本实施例优选距离30mm；为方便不同功能结构的安装和光触媒网 的更换与维护，将模组外壳剖分为上壳体6和下壳体3。

按照气体流动方向，空气依次经过防护网2、等离子体发生装置4、光触媒网 膜5、UVCLED阵列光源7，最终经紫外离子吸收网膜8过滤后排出，病毒先后 经过等离子体光催化消杀作用、紫外光催化消杀作用和深紫外消杀作用，多种方 式复核最大效率降低单位体积内病毒含量。

从空气净化器中排出的气体已经经过空气净化器中多重高效滤网的作用，洁 净程度较高，常规空气净化器对于病毒的杀灭能力有限，故进入模组的气体中的 病毒含量与工作环境相当。

等离子体发生装置4的可调直流脉冲工作电压为3～4kV，防护网2为耐热树 脂纤维网格结构，采用3D打印的方法成型，主要作用为保护模组安装人员安全。 防护网2与等离子体发生装置4之间相距8～10mm，分别安装于下壳体3内部分 割安装板的上下表面。

气体在经过底部防护网2后，穿过等离子体发生装置4首先进入下腔体，等 离子体发生装置4采用基于脉冲电晕放电的线-板放电模块产生低温等离子体， 线-板放电模块气流方向垂直，线极线径为0.08～0.1mm，线板间距为15～20mm， 线板极间施加高压直流脉冲后使极间发生轻微的电晕放电，使空气中分子发生解 离产生等离子体。等离子体对空气中的病毒有一定的杀菌作用，但是在本实施例 中，其主要作用是在低温等离子体和晕光的共同作用下激发光触媒网膜5上的纳 米TiO₂形成具有很强化学活性的电子-空穴对，并进一步诱导一系列氧化还原反 应的进行，产生大量的氧化性极强的活性自由基。

等离子体发生装置4的主要功能是与光触媒网的协同作用，只需要激发相对 较少的等离子体，故其工作电压维持在相对较低水平，较低电压可减少等离子体 发生装置过热和震动噪音，极大降低臭氧生成量，降低电源负载和模块能耗。

请参阅图2，为本发明实施例中所采用的UVCLED阵列光源7的设计图，采 用将UVCLED灯珠702及线路采用电路印刷的方式集成在铝制金属网格基板701 上。参考SARA-Cov病毒消杀研究报告，设置10×10的UVCLED阵列，基板总 面积232×232mm，通孔率为0％～75％，本实施例优选67％，LED灯珠702布置 于网格的交线处，UVCLED阵列光源7向光触媒网膜5方向照射。

UVCLED阵列光源7的LED灯珠702出光角为55～65°，波长范围为270±5nm， 辐射功率8～10mW，照射区域面积大于400cm²，本实施例优选538.24cm²；工作 距离小于50mm内单位面积照度大于0.6mW/cm²，辐照均匀度大于90％，在工作 空间内对病毒进行有效深紫外光辐照消杀。

UVCLED阵列光源7的作用包括直接参与病毒消杀作用，以及激发距其 65mm的光触媒钛/羟基磷灰石网膜(PTAF)产生强氧化性光生基团参与消杀。

请参阅图3，为本发明采用的光触媒网膜5结构图，包括网格结构件501和 钛/羟基磷灰石网膜502，钛/羟基磷灰石网膜502平铺于网格结构件501上，其两 面有效受光面积为210×210mm；钛/羟基磷灰石网膜502的主要成分为锐钛矿型 纳米TiO₂和水化羟基磷灰石，负载于多层无纺布静电网之上。

光触媒网膜5与等离子体产生装置4的板极等电位，在低温等离子体和晕光 的共同作用下在下腔体产生大量的具备极强氧化能力的活性基团，可对病毒进行 初步消杀。光触媒材料在0.205mW/cm²的UVC照射下达到全面催化，在钛/羟基 磷灰石网膜502表面产生光生电子和光生空穴，并与空气中的水或氧气催化生成 具有极强氧化能力的光生活性基团，与下腔体产生的活性基团协同作用，在深紫 外的辐照下，对病毒进行深层次消杀。

紫外离子吸收网膜8为涂覆有光稳定剂和紫外线吸收剂混合物的泡沫铝基滤 网，厚度为5～6mm，本实施例优选5mm，与等离子体产生装置4的板极等电位， 以吸附残留的等离子体。对应模组外壳的上壳体6内壁涂覆有紫外线吸收剂，减 小紫外散射，防止紫外线泄露对人体造成损伤。

电气控制箱为外置型，能够为等离子体产生装置4产生直流电压叠加脉冲， 可对UVCLED阵列光源7的光源功率进行连续调节，并具备过载过热保护功能。

请参阅图5，本发明针对当前新型冠状病毒防疫消杀的迫切需求，设计了一 种用于气载病毒防疫的室内空气消杀模组，可有效去除甲醛等异味、杀灭大肠杆 菌、葡萄球菌等细菌，杀灭流感病毒、冠状病毒等高传染性病毒，为医院病房、 办公场所、家庭处所等室内气载病毒高效消杀和空气净化提供有效方案。本发明 采用等离子体-光触媒-深紫外复合协同消杀手段，强化消杀腔体内的高效强氧基 团的分布密度，对气载病毒进行多重消杀，可与直接安装于现有空气净化器结构 中，且配置多重防护结构，可实现人机共存，确保消杀过程安全高效无二次污染。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中 的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因 此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的 本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有作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。

本发明实验指标如下：对于60m³标准病房面积内，在空气密闭环境下，该 空气消杀模组搭配小米某空气净化器产品协同工作1.5小时后，对于气载微生物 的平均杀灭效率达99％以上，高效杀灭大肠杆菌、葡萄球菌等细菌，杀灭流感病 毒、冠状病毒等高传染性病毒，且模块总体能耗不高于180W，风噪低于55dB， 固态污染物CCM增加至P4等级(12000mg以上)，气态污染物CCM提高至F4 等级(1500mg以上)。

本发明可在现有的主流空气净化器、空调风道部位安装，具有成本可控，环 境友好，对新冠病毒的杀毒效率高以及人机共存的优点，有效解决了医院空间， 教室，商场，家庭空气中新冠病毒防护消杀的迫切需求。新冠疫情当前，所述智 能消毒防疫机器人能够阻断新型冠状病毒的传播风险，对于新型冠状病毒感染的 肺炎疫情防控，保障公众生命健康具有重大的现实意义。

综上所述，本发明一种用于气载病毒防疫的室内空气消杀模组具有如下优点：

1、本发明所提出的空气消杀模组，采用等离子体-光触媒-深紫外复合协同消 杀手段，强化消杀腔体内的高效强氧基团的分布密度，对气载病毒进行多重消杀， 极大提升病毒灭活效率。

2、本发明所提出的空气消杀模组，模组外壳底部设置机体快装结构，便于将 该模组直接作为病毒消杀配件套接于现有主流空气净化器的出风面，或作为病毒 消杀部件安装于中央空调或新风系统的空滤模块中，便于在防疫工作中快速响应 与部署，降低病毒感染和传播风险。

3、本发明所提出的空气消杀模组，具备多重防护，在对病毒进行高效消杀 的同时，对工作环境中的人进行保护，可实现人机共存，确保消杀过程安全高效 无二次污染。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡 是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发 明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，包括模组外壳，模组外壳的下部设置有用于快速连接终端的机体快装结构(1)，模组外壳的上部设置有出风防护结构(9)，机体快装结构(1)和出风防护结构(9)之间从下至上依次包括防护网(2)、等离子体发生装置(4)、光触媒网膜(5)、UVCLED阵列光源(7)和紫外离子吸收网膜(8)，等离子体发生装置(4)和UVCLED阵列光源(7)分别与电气控制箱电连接。

2.根据权利要求1所述的气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，模组外壳包括上壳体(6)和下壳体(3)，防护网(2)和等离子体发生装置(4)间隔设置在下壳体(3)内，光触媒网膜(5)、UVCLED阵列光源(7)和紫外离子吸收网膜(8)间隔设置在上壳体(6)内。

3.根据权利要求2所述的气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，光触媒网膜(5)与UVCLED阵列光源(7)之间的距离为50～70mm，光触媒网膜(5)与等离子体发生装置(4)线极之间的距离为30～40mm。

4.根据权利要求2所述的气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，防护网(2)和等离子体发生装置(4)分别设置在下壳体(3)内部分割安装板的上表面和下表面，防护网(2)与等离子体发生装置(4)之间相距8～10mm。

5.根据权利要求1所述的气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，等离子体发生装置(4)位于防护网(2)的上部，采用基于脉冲电晕放电的线-板放电模块产生低温等离子体，线-板放电模块气流方向垂直，双极可调直流脉冲电压为3～4kV，线极线径为0.08～0.1mm，线板间距为15～20mm。

6.根据权利要求1所述的气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，UVCLED阵列光源(7)包括金属网格基板(701)，金属网格基板(701)上采用电路印刷方式集成有UVCLED灯珠(702)，LED灯珠(702)布置于金属网格基板(701)的网格交线处，金属网格基板(701)的通孔率为50％～75％。

7.根据权利要求6所述的气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，LED灯珠(702)的出光角为55～65°，波长为265～275nm，辐射功率为8～10mW，照射区域面积大于400cm²，工作距离小于50mm内单位面积照度大于0.6mW/cm²，辐照均匀度大于90％。

8.根据权利要求1所述的气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，光触媒网膜(5)包括网格结构件(501)，网格结构件(501)上设置有钛/羟基磷灰石网膜(502)，钛/羟基磷灰石网膜(502)采用锐钛矿型纳米TiO₂和水化羟基磷灰石负载于多层无纺布静电网上制备而成。

9.根据权利要求8所述的气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，光触媒网膜(5)将消杀空间分为上下两个腔体，光触媒网膜(5)与等离子体产生装置(4)的板极等电位，光触媒材料在0.205mW/cm²的UVC照射下达到全面催化。

10.根据权利要求1所述的气载病毒防疫用室内空气消杀模组，其特征在于，紫外离子吸收网膜(8)的厚度为5～6mm，包括涂覆有光稳定剂和紫外线吸收剂混合物的泡沫铝基滤网，紫外离子吸收网膜(8)与等离子体产生装置(4)的板极等电位。

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