CN112294989B - 一种等离子体消毒柜及消毒方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体消毒柜及消毒方法，包括等离子体产生模块、电源模块、气流模块及辅助加热模块。等离子体产生模块包括气室，气室内设有放电组件，气室具有出气口和进气口。电源模块向放电组件提供高压电源，气流模块将气室内的等离子体输送至灭菌空间内，辅助加热模块用于分解气室内的臭氧。通过等离子体产生模块、气流模块及辅助加热模块的协同作用，降低臭氧浓度，提高灭菌效率。

Description

一种等离子体消毒柜及消毒方法

技术领域

本发明涉及消毒柜技术领域，尤其涉及一种等离子体消毒柜及消毒方法。

背景技术

消毒柜目前普遍采用紫外线、高温、臭氧等方式进行杀菌消毒。紫外线消毒范围有限、消毒不彻底。高温消毒能耗高，并且，一些不耐高温的塑料厨具不能够进行高温消毒。臭氧虽然具有显著的灭菌效果，但自身具有强烈刺激性气味，同时具有一定的毒性。过量的臭氧会强烈刺激人的呼吸道，造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽等症状，并可能引发支气管炎和肺气肿；长期工作在高浓度臭氧环境会造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退。

等离子体灭菌在医用等领域已有应用，产生等离子体的方式主要有介质阻挡放电和电晕放电两种，其放电装置包括DBD、Glow、Spark、Propeller Arc等。等离子体技术可实现优秀的灭菌效果，其原理包括三部分：活性粒子基团氧化、高速粒子击穿和紫外光子。其灭菌过程无需高温，同时活性粒子以气态方式可快速扩散至灭菌空间，实现无死角灭菌。但限制等离子体技术使用的主要原因是等离子体放电过程中，会伴随产生大量的臭氧。臭氧本身的刺激性气味以及毒性，限制了等离子体技术在日常生活中的使用。

为了控制臭氧浓度，目前大多采用两种方式实现：缩短等离子体放电时间和提高环境温度促进臭氧分解。

采用缩短等离子体放电时间的方式降低臭氧浓度，往往形成长周期间歇性工作，如冰箱中采用放电1min，休息30min，如此循环方式。虽然此方式可实现灭菌效果，但长时间待机会带来耗电量的提高，同时此方式并不适合其它非连续性给电的电器，如洗衣机、消毒柜、热水器、空调等。

采用提高环境温度方式降低臭氧浓度，一方面造成耗电量的提高，另一方面由于臭氧分解缓慢，造成周期延长，工作效率下降。同时也不适合冰箱、洗衣机等低温或常温工作的家电使用。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种等离子体消毒柜，其通过等离子体实现无死角、高效灭菌的同时，也能够降低臭氧浓度。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种等离子体消毒柜，包括柜体，所述柜体内部形成灭菌空间，还包括：等离子体产生模块，其包括气室和设于所述气室内的放电组件，所述气室的侧壁上设有出气口和可开合的进气口；气流模块，其通过管路与所述出气口连通，用于将所述气室内的等离子体输送至所述灭菌空间内；电源模块，其向所述放电组件提供高压电源；辅助加热模块，其用于分解所述气室内的臭氧。

进一步的，主加热模块，其用于烘干所述灭菌空间内的待消毒物品、并分解所述灭菌空间内的臭氧。

进一步的，所述主加热模块与所述等离子体产生模块同时工作。

进一步的，所述主加热模块的加热温度为30-80℃，所述辅助加热模块的加热温度为60-80℃。

进一步的，所述气流模块包括出气导管和气泵，所述气泵通过所述管路与所述出气口连通，所述出气导管与所述灭菌空间连通。

进一步的，所述气流模块输出的气体流速为0.8L/min~5L/min。

进一步的，所述进气口处连通有进气导管，所述进气导管与所述灭菌空间或外界大气连通。

进一步的，所述放电组件包括高压电极、地电极及介质层，所述介质层设于所述高压电极和所述地电极之间；所述放电组件的放电功率密度大于0.17W/cm²。

进一步的，所述放电组件还包括上压板和下压板，所述上压板与所述高压电极连接，所述下压板与所述地电极连接，所述上压板上设有上通孔，所述下压板上设有下通孔。

本发明还提出一种如上所述的等离子体消毒柜的消毒方法，所述消毒柜的每个消毒周期包括放电工作过程和间歇工作过程；当所述消毒柜处于所述放电工作过程时，所述电源模块为所述等离子体产生模块供电，所述等离子体产生装置产生等离子体，所述气流模块将所述气室内的等离子体输入所述灭菌空间；当所述消毒柜处于所述间歇工作过程时，所述电源模块停止为所述放电组件供电；所述辅助加热模块在所述放电工作过程和所述间歇工作过程中均加热工作。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明提出一种等离子体灭菌消毒柜及消毒方法，通过等离子体产生模块、气流模块及辅助加热模块的协同作用，降低臭氧浓度，提高灭菌效率。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明消毒柜实施例的原理示意图；

图2为本发明消毒柜实施例的结构示意图一；

图3为本发明消毒柜实施例的结构示意图二；

图4为本发明等离子体产生模块实施例的爆炸图；

图5为本发明等离子体产生模块实施例的结构示意图；

图6为本发明消毒柜实施例等离子体产生模块与气流模块、电源模块连接的结构示意图；

图7为本发明消毒柜实施例放电功率与臭氧浓度的关系示意图。

其中，100-等离子体产生模块，110-放电组件，111-高压电极，112-介质层，113-地电极，120-气室，121-进气口，122-出气口，123-第一让位孔，130-进气导管，140-上压板，141-上通孔，150-下压板，151-下通孔，152-电线让位口，160-挡件，170-卡接部，171-第二让位孔，200-电源模块，300-柜体，310-灭菌空间，320-内胆，330-等离子体输入口，400-主加热模块，500-气流模块，510-气泵，520-出气导管，600-辅助加热模块。

具体实施方式

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。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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明公开一种等离子体消毒柜，参照图1至图6，图1为消毒柜的原理示意图，图2和图3为消毒柜的结构示意图，图4和图5为等离子体产生模块的结构示意图，图6为等离子产生模块与气流模块、电源模块的连接结构示意图。消毒柜包括柜体300，柜体300内部形成灭菌空间310，待消毒物品放置于灭菌空间310内进行杀菌。等离子体灭菌消毒柜包括等离子体产生模块100、电源模块200、气流模块500及辅助加热模块600。等离子体产生模块100包括气室120，气室120内设有放电组件110，气室120的侧壁上设有出气口122和可开合的进气口121。电源模块200向放电组件110提供高压电源，使放电组件110产生等离子体。气流模块500通过管路与出气口122连通，用于将气室120内的等离子体输送至灭菌空间310内。辅助加热模块600设于气室120内，用于分解气室120内的臭氧。

本实施例中，等离子体产生模块100、电源模块200及气流模块500设于内胆的上方，不影响消毒柜的整体外形及美观，便于安装。内胆320上设有等离子体输入口330，等离子体输入口330与气流模块500的出气导管520连通，便于气流模块500将等离子体伸入灭菌空间310内。

辅助加热模块600的具体结构形式本发明不做具体限制，如采用PTC热风、加热片等形式。本实施例采用加热片的形式，加热片的背部设有耐高温背胶，用于与气室120的侧壁粘接固定。

等离子体产生模块100包括初始放电阶段和稳定放电阶段，初始放电阶段时，气流模块500关闭，出气口122关闭，气室120封闭，放电组件110在电源模块200的作用下产生等离子体，初始放电阶段工作一段时间后，气室120内等离子体的臭氧浓度降低并稳定；然后，等离子体产生模块100进入稳定放电阶段，此时气流模块500开启，进气口121打开，气室120内臭氧浓度低的等离子体进入灭菌空间310内进行杀菌，同时又会有新的空气进入气室内进行放电产生新的等离子体。与此同时，辅助加热模块600也开始工作，辅助加热模块能够将放电过程中产生的臭氧进行分解，使进入灭菌空间内的等离子体臭氧浓度降到最低。该消毒柜通过等离子体产生模块100、气流模块500及辅助加热模块600的协同作用，降低臭氧浓度，提高灭菌效率。

等离体子产生模块100产生的等离子体并不是直接输入进灭菌空间310内的，而是在关闭的气室120内部反应一段时间后，比如1-5min，待气室120内部的等离子体稳定后再输入进灭菌空间310内进行杀菌。如此操作的原因在于，放电组件110在放电初始阶段所产生的等离子体中会存有臭氧以及其他的一些活性分子，如果将含有臭氧的等离子体直接输入灭菌空间310内进行杀菌，臭氧的异味及毒性会给使用者带来不良影响。而这些臭氧及活性分子在放电初期是极不稳定的，臭氧和其他的活性分子之间会发生反应，那么，将放电初期所产生的含有一定臭氧和活性分子的等离子体在关闭的气室120内反应一段时间后，臭氧与其他活性分子在气室内发生相互反应而降低臭氧浓度，然后，再将臭氧浓度低的等离子体输入灭菌空间310内进行杀菌，实现全方位、无死角杀菌，并且避免了臭氧所带来的不良影响。等离子体产生模块100充分利用放电组件110在放电初期所产生的等离子体不稳定的这一特性，利用封闭的气室120为不稳定的等离子体提供一个反应空间，待反应后臭氧浓度降低再将等离子体输入进灭菌空间310进行杀菌。

进一步的，放电组件110采用现有技术中的介质阻挡放电形式，参照图4和图5，放电组件110包括高压电极111、地电极113及介质层112，介质层112设于高压电极111和地电极113之间；放电组件110的放电功率密度大于0.17W/cm²。通过提高放电组件110的放电功率、减小放电面积的形式增大放电功率密度。增大放电功率密度，有助于降低臭氧浓度。图7所示为放电功率与臭氧浓度的关系示意图，从图中可以看出，放电功率密度越大，臭氧浓度越低。

进一步的，高压电极111、地电极113连接电源模块200，电源模块200提供的高压电源包括正弦高压和脉冲高压电源。具体的，本实施例中，正弦高压电源的频率为50Hz-100MHz，电压幅值为1kV-20kV之间，脉冲高压电源的频率低于100kHz。如此设置的高压电源有助于产生均匀的、臭氧浓度低的等离子体。

作为一种优选实施例，参照图6，气流模块500包括出气导管520和气泵510，气泵510通过管路与出气口122连通，出气导管520的末端与灭菌空间310连通。当等离子体产生模块100处于稳定放电阶段时，气室120内的等离子体在气泵510的作用下经出气导管520进入灭菌空间310内。

进一步的，气流模块500输出的气体流速优选为0.8L/min~5L/min。等离子体中的活性成分随气体流通速率变化而改变，本实施例经过大量实验得知，臭氧浓度随气体流通速率降低而减少。所以，为了降低臭氧浓度，需要将气体流速控制在一个较低的范围区间内。通过合理控制气泵510，使其吹出的气体流速既能够将等离子体输入进灭菌空间310内，又能够有助于降低臭氧浓度。

在其他实施例中，气流模块500也可以为设置在出气口122处的风扇，出气口122与灭菌空间310连通，气室120内的等离子体在风扇吹动作用下进入灭菌空间310内。

进一步的，消毒柜还包括主加热模块400，主加热模块400有两方面作用，一方面用于烘干灭菌空间内的待消毒物品，另一方面用于分解灭菌空间内存在的少量臭氧。其中，烘干作用为主，分解臭氧作用为辅。主加热模块400的具体结构形式本发明不做具体限制，如采用PTC热风、加热片等形式。

主加热模块400的加热温度为30-80℃，优选为60℃。该温度范围内的主加热模块400，既可以对待消毒物品进行烘干，又可以对臭氧进行分解。

主加热模块400与等离子体产生模块100同时工作，也就是说，主加热模块400同时进行烘干和分解臭氧，有助于缩短消毒时间，提供消毒效率。而现有的消毒柜中，比如臭氧消毒柜，通过加热来进行烘干和分解臭氧的两个工序是分开操作的，大量臭氧进入灭菌空间内后，先利用臭氧来进行杀菌，杀菌完成后，再启动加热模块对臭氧进行分解，待臭氧分解完成后，加热模块再继续升温实现烘干。杀菌、分解臭氧及烘干的工序是彼此独立完成的，大大延长了消毒柜的消毒时间，效率较低。而本实施例中，等离子体在进入灭菌空间310之前，等离子体产生模块100所产生的等离子体中含有的臭氧浓度已经很低，那么进入灭菌空间310内的等离子体即使不进行分解臭氧操作，也能满足使用要求。主加热模块400在进行烘干操作的同时，顺便能够将尚存的少量臭氧进行分解，进一步降低臭氧浓度，提高消毒柜的使用性能。

下文对等离子体产生模块进行详述。

参照图4和图5，放电组件110夹设在上压板140和下压板150之间，上压板140、高压电极111、介质层112、地电极113及下压板150由上至下依次紧贴。上压片140上设有上通孔141，用于高压电极111散热。下压板150上设有下通孔151，下通孔151与气室120内部连通，放电组件110产生的等离子体经下通孔141进入气室120内部。高压电极111可选为金属铝、铜、铁、铂或其合金，优选为铜、不锈钢。地电极113可选为片状、线状、网状、螺线状或混合型，优选为网状。介质层112可选为玻璃、陶瓷、塑料或橡胶等绝缘层，优选为陶瓷。气室120与下压板140密封在一起，气室120的材质可选为玻璃、陶瓷、塑料等绝缘物，为方便观察，优选为透明质地，气室120形状可按需求设计。

当然，在其他实施例中，上压板140和下压板150上可以直接开设开口，用开口代替上通孔141和下通孔151。

下压板150朝向气室120的一侧设有卡接部170，气室120与卡接部170过盈配合卡接，便于安装、且同时能够实现过盈密封。气室120上设有第一让位孔123，卡接部170上对应设有第二让位孔171，为辅助加热模块600供电的电源线依次穿过第一让位孔123和第二让位孔171，便于安装。第一让位孔123和第二让位孔171处采用胶密封的方式实现密封。

下压板150上设有电线让位口152，用于电源线走线用，便于安装。

进气口121处连通有进气导管130，进气导管130与灭菌空间310或外界大气连通。进气口121处还设有可开合的挡件160，气流模块500开启后，气室120内部的等离子体经出气口122流出，此时气室120内部压强将发生变化，挡件160也随之打开而将进气口121打开，灭菌空间310内空气或外界大气经进气导管130进入气室120内部。挡件160优选为自垂百叶或具有自垂性的薄膜、纤维、片材等。

经进气口121进入气室120内部的空气可以是来自消毒柜外部的空气，也可以是来自灭菌空间310内的空气，这取决于进气导管130的安装位置。当进气导管130的末端安装在柜体的外部时，进气导管130与消毒柜外部空气连通，引入外部空气。当进气导管130的末端安装在灭菌空间310内部时，进气导管130与灭菌空间310内的空气连通，引入内部空气。

消毒柜的每个消毒周期包括放电工作过程和间歇工作过程；当消毒柜处于放电工作过程时，电源模块200为等离子体产生模块100供电，等离子体产生模块100产生等离子体，气流模块500将气室120内的等离子体输入灭菌空间310；当消毒柜处于间歇工作过程时，电源模块200停止为放电组件110供电；辅助加热模块600在放电工作过程和间隙工作过程中均加热工作。

具体而言，本实施例消毒柜具有两种工作模式，第一种为间歇式放电，第二种为连续式放电。

采用第一种间隙式放电时，本实施例采用的具体工作模式为每个消毒周期的放电工作过程为10min，间歇工作过程为5min，两个消毒周期完成消毒柜的一次消毒任务，也即，该消毒柜的消毒总时间为30min。消毒柜启动消毒任务后，电源模块200开始为等离子体产生模块100供电，等离子体产生模块100先进入初始放电阶段，工作1-5min后，优选2min，等离子体产生模块100进入稳定放电阶段，气室120内的等离子体进入灭菌空间310内进行杀菌，同时有新的空气进入气室120内进行放电产生新的等离子体，当等离子体产生模块100总放电达到10min后，也即第一个消毒周期的放电工作过程结束，电源模块200停止向放电组件110供电，避免放电组件110持续放电而损伤元器件，完成第一个消毒周期的放电。放电组件110停止5min后，也即第一个消毒周期的间隙工作过程结束，至此，第一个消毒周期完成。然后，电源模块200再次向放电组件110供电，重复第一个消毒周期的工作流程。当完成两个消毒周期的放电后，消毒柜消毒完成。主加热模块400和辅助加热模块600在整个消毒过程中均是处于工作状态的。

采用第二种连续式放电时，本实施例采用的具体工作模式为每个消毒周期的放电工作过程为10min，间歇工作过程为10min，一个消毒周期的放电即可完成消毒柜的消毒任务，也即，该消毒柜的消毒总时间为20min。消毒柜启动消毒任务后，电源模块200开始为放电组件110供电，等离子体产生模块100先进入初始放电阶段，工作1-5min后，优选2min，等离子体产生模块100进入稳定放电阶段，气室120内的等离子体进入灭菌空间310内进行杀菌，同时有新的空气进入气室内进行放电产生新的等离子体，当等离子体产生模块100总放电达到10min后，也即放电工作过程结束，电源模块200停止向放电组件110供电，避免放电组件110持续放电而损伤元器件。然后进入间隙工作过程，放电组件110停止10min后，间歇工作过程结束，这个阶段的目的主要为分解灭菌空间310内尚存的臭氧，进一步降低臭氧浓度，至此，消毒柜的消毒任务完成。主加热模块400和辅助加热模块600在整个消毒过程中均是处于工作状态的。

本实施例消毒柜所产生的等离子体中的臭氧含量是非常低的，并且在气流模块500、主加热模块400及辅助加热模块600的作用下臭氧浓度将进一步降低，在实现等离子体全方位、无死角杀菌的同时，不仅能够避免臭氧所带来的不利影响，也能够缩短消毒柜的消毒时间，提高消毒效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种等离子体消毒柜，包括柜体，所述柜体内部形成灭菌空间，其特征在于，还包括：

等离子体产生模块，其包括气室和设于所述气室内的放电组件，所述气室的侧壁上设有出气口和可开合的进气口；

气流模块，其通过管路与所述出气口连通，用于将所述气室内的等离子体输送至所述灭菌空间内，所述气流模块包括出气导管和气泵，所述气泵通过所述管路与所述出气口连通，所述出气导管与所述灭菌空间连通；

电源模块，其向所述放电组件提供高压电源；

辅助加热模块，其用于分解所述气室内的臭氧；

主加热模块，其用于烘干所述灭菌空间内的待消毒物品、并分解所述灭菌空间内的臭氧。

2.根据权利要求1所述的等离子体消毒柜，其特征在于，

所述主加热模块与所述等离子体产生模块同时工作。

3.根据权利要求2所述的等离子体消毒柜，其特征在于，

所述主加热模块的加热温度为30-80℃，所述辅助加热模块的加热温度为60-80℃。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体消毒柜，其特征在于，

所述气流模块输出的气体流速为0.8L/min~5L/min。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体消毒柜，其特征在于，

所述进气口处连通有进气导管，所述进气导管与所述灭菌空间或外界大气连通。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体消毒柜，其特征在于，

所述放电组件包括高压电极、地电极及介质层，所述介质层设于所述高压电极和所述地电极之间；

所述放电组件的放电功率密度大于0.17W/cm²。

7.根据权利要求6所述的等离子体消毒柜，其特征在于，

所述放电组件还包括上压板和下压板，所述上压板与所述高压电极连接，所述下压板与所述地电极连接，所述上压板上设有上通孔，所述下压板上设有下通孔。

8.一种消毒柜的消毒方法，其特征在于，所述消毒柜为权利要求1至7中任一项所述的等离子体消毒柜，所述消毒方法包括：

所述等离子体产生模块包括初始放电阶段和稳定放电阶段；

初始放电阶段时，所述气流模块关闭，所述进气口关闭，所述气室封闭，所述放电组件在所述电源模块的作用下产生等离子体；

初始放电阶段工作一段时间后，所述等离子体产生模块进入稳定放电阶段，所述气流模块开启，所述进气口打开，所述气室内的等离子体进入所述灭菌空间内进行杀菌，同时又会有新的空气进入所述气室内进行放电产生新的等离子体，与此同时，所述辅助加热模块开始工作，所述辅助加热模块将放电过程中产生的臭氧进行分解。