CN113048599A - 一种空气杀菌装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气杀菌装置，包括外罩；内罩；进气口区域消毒腔，沿着进气方向依次设有进气口过滤装置、臭氧发生器、进气风扇；出气管腔，设有排气风扇；至少一个反光限流隔断；紫外线灯管，沿着气流通道的近中心位置布设；镇流器，布设于外罩的底部；温度传感器、紫外线辐照强度传感器，均布设于气流通道的内侧壁上；控制主板，紫外线辐照强度传感器/温度传感器的输出端与控制主板的输入端相连，控制主板的输出端与进气风扇/臭氧发生器/镇流器/排气风扇的输入端相连；电源模块，其一端外接市电，电源模块的另一端分别与控制主板、进气风扇、臭氧发生器、镇流器、排气风扇电性连接。本发明还公开了一种空气杀菌装置方法。

Description

一种空气杀菌装置及方法

技术领域

本发明涉及一种空气杀菌装置及方法。

背景技术

随着全世界传染性疾病，尤其是经空气传播的病毒性流行性疾病的不间断肆虐，对疾病传播环节的干预与管控提出了更高的要求。

空气是细菌和病毒等微生物的重要传播途径，在我们日常工作和生活的公共场所和室内环境中，常充斥着不同种类的病毒和有害菌，污染的空气带来的危害在传染性疾病的爆发性流行季节更为人们所重视。

如何对空气中病原微生物进行及时有效的灭活是控制疾病传播的重要环节。对微生物的杀灭或抑制按消毒学定义，分为4个层次，由高到低分别为：灭菌、消毒、抗菌、抑菌。灭菌(sterilization)是杀灭或除去外环境中一切致病和非致病微生物的过程，包括细菌芽孢、真菌孢子，但不包括原虫及寄生虫的卵。直接作用于空气，达到灭菌规定的要求，称为空气灭菌。空气灭菌可分为静态空气灭菌与动态空气灭菌。

现实中，灭菌是不可能完全清除所有的病原微生物的，尤其是空气灭菌。室内环境中的空气的灭菌，是不断降低空气中病原微生物含量的过程，难以完全性清除。而实际生活中，更多时候是动态的空气灭菌过程，动态空气灭菌指在有人情况下的灭菌，其只能是尽可能地降低病原微生物含量，做不到绝对清除的程度。

空气灭菌或去除微生物的活性是控制微生物污染的重要手段，无论是静态的空气灭菌还是动态的空气灭菌，需要根据当时的环境条件，选择合适的灭菌方式。

可以用于空气灭菌的方法主要有：紫外线照射、等离子体、过滤、气体灭菌、喷洒灭菌剂等。前面三种方法可以在静态或动态下使用；而气体灭菌法及喷雾法等多在静态灭菌时使用。

种类繁多的灭菌方法，在静态条件下可以通过反复处理的方式达到一定的杀菌效果。而在动态情况下因制约因素较多，尤其是人员的存在及活动，效果大打折扣。由于上述方法大多不能一过性对病原微生物进行杀灭(一次通过即可杀灭)，所以在动态环境下，因过度的气流扰动，会带来微生物、粉尘等的加速扩散和在物体表面的沉积，甚至会加大身处其中的人员的受感染几率。故流行性疾病的病原体(如：病毒、细菌)，不建议使用不具有一次性杀灭能力的方法来动态杀菌。

发明内容

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的第一个目的在于公开一种空气杀菌装置。本发明的第二个目的在于公开一种空气杀菌方法。本发明通过一种能在空气一次通过情况下即可杀灭其内绝大多数病毒、细菌的高效杀灭装置，可以在多种场合对身处潜在病原微生物感染风险的人群提供良好的保护。同时，也能大大降低流行性传染病流行期间的人员交流、购物、活动等所带来的潜在风险。

本发明可以做成独立的产品，也可以应用于但不局限于空调、衣柜、鞋柜、照明灯具、抽油烟机、中央空调风道、新风系统的通道中、呼吸机、消毒设备、空气净化设备和口腔治疗椅中。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种空气杀菌装置，包括：

外罩，其为一设有进气口和出气口的中空件；

内罩,其为设有内腔的中空件，所述内罩设有与所述进气口相配合的第二进气口，所述内罩设有与所述出气口相配合的第二出气口；

进气口区域消毒腔，布设于所述内罩的进气口处，进气口区域消毒腔的外端与所述进气口相连，所述进气口区域消毒腔的内端与所述内罩的第二进气口相连，在所述进气口区域消毒腔中沿着进气方向依次设有进气口过滤装置、臭氧发生器、进气风扇；

出气管腔，所述出气管腔的外端与所述出气口相连，所述出气管腔的内端与所述内罩的第二出气口相连，所述出气管腔设有排气风扇；

至少一个反光限流隔断，布设于所述内罩的内腔中，所述反光限流隔断与所述内罩的内腔构成了具有反折角或弯曲角的气流通道；

紫外线灯管，沿着气流通道的近中心位置布设；

镇流器，布设于外罩的底部，所述镇流器位于所述内罩下方并与内罩完全隔离，所述镇流器与所述紫外线灯管电性连接；

温度传感器，布设于气流通道的内侧壁上，用于对气流通道内的温度进行监测；

紫外线辐照强度传感器，布设于气流通道的内侧壁上，用于对紫外线灯管的输出光强进行监测；

控制主板，布设于外罩上部，所述控制主板并与内罩间完全隔离，所述紫外线辐照强度传感器的输出端、所述温度传感器的输出端与所述控制主板的输入端相连，所述控制主板的输出端与所述进气风扇的输入端、所述臭氧发生器的输入端、所述镇流器的输入端、所述排气风扇的输入端相连，用于控制所述进气风扇、所述臭氧发生器、所述镇流器、所述排气风扇的启停；

电源模块，其一端外接市电，所述电源模块的另一端分别与所述控制主板、所述进气风扇、所述臭氧发生器、所述镇流器、所述排气风扇电性连接。

进一步地，所述进气口过滤装置为由初效过滤层、HEAP过滤层及活性炭层串联而成的过滤装置

进一步地，所述气流通道的内壁镀有增强紫外线反射的反光材料。

更进一步地，所述增强紫外线反射的反光材料为铝或银。

进一步地，所述气流通道为直管形、U形、M形、圆形、圆盘形、回字形、弧形、N形、H形、多道折弯形、S形、凹形、凸形、直管反折形中的一种。

进一步地，所述紫外线灯管为低压紫外线灯管、芯片式紫外光源中的一种。

更进一步地，所述低压紫外线灯管包括低压高强紫外线灯、热阴极紫外线灯管、冷阴极紫外线灯管、无极紫外线灯管。

进一步地，还包括一报警装置，所述控制主板的输出端与所述报警装置的输入端相连。

一种空气杀菌方法，包括以下步骤：

(1)、进气风扇开启，向外罩内吸气，排气风扇在另一侧向外排气，需处理的空气从进气口被吸入；

(2)、进气口过滤装置对吸入的空气进行过滤，以除去其中的灰尘；

(3)、选择杀菌模式，然后对吸入的空气进入含紫外线灯管的气流通道内，通过紫外线对吸入的空气进行杀菌；

(4)、温度传感器和紫外线辐照强度传感器用于实时监测气流通道内的温度以及紫外线辐照强度，当紫外线辐照强度低于第一阀值，控制主板通过调节进气风扇和排气风扇的转速，达到经过气体接受紫外线照射能量的基本稳定；而在温度超出设定值上限，信号反馈至控制主板，控制主板先给出报警信号，并同时通过调节进气风扇或排气风扇的转速，若温度下降至正常，且紫外线辐照强度仍保持在一定范围的情况下，报警信号解除，杀菌净化后的空气从排气风扇经出气口排出；

(5)、在杀菌任务完成后本装置关机前，紫外线灯管、进气风扇和排气风扇停止工作，臭氧发生器工作开启，产生臭氧对进气口区域消毒腔因紫外线无法照射到的区域进行杀菌处理，处理完成后自动断电。

更进一步地，步骤(4)中的第一阈值为10mW/cm²或20mW/cm²或35mW/cm²。在高效杀菌模式下为35mW/cm²(在高效杀菌模式下)，中效杀菌模式下为20mW/cm²(在中效杀菌模式下)，低效杀菌模式下为10mW/cm²(在低高效杀菌模式下)。

更进一步地，步骤(4)中的设定值上限为100℃。

本发明提出了一种高效空气中病原微生物的灭活方法和装置：需处理的空气经进气进入本发明所提出的处理装置中，限制进入的气体在高强度的紫外线灯管近距离照射的通道中通行，以确保气体中微生物接受到的紫外照射的强度和通行管路中不同位置的气体接受到紫外线照射的均匀性；通过对该通道壁的内表面进行增强紫外光反射的处理(表面镜面铝或镜面银等处理)以提高管道内气体接受到的紫外线照射强度和照射的均匀性；对气体流道在空间内进行单次折返或多道折返或引导弯曲改向等走行方式上的创新性设计，并配合对紫外线灯管的空间位置上的排布或对紫外线灯管的直接弯折、拼接等处理，以充分利用空间、减少装置体积，延长气体接受紫外线照射的时间，提高接受紫外线照射的整体能量；对进气口未能接受紫外线照射的局部区域进行臭氧局部杀菌处理以彻底对装置的可能隐患部位进行处理。该方法可以让单次通过的气体中微生物经过该装置处理后能最大程度地被杀灭，可以实现在在高效杀菌模式下0.3m/s气体流速下，单次气体通过，气体中的微生物接受到的紫外线能量不低于100,000uj/cm²，该紫外线照射能量能满足对绝大多数病毒、细菌、真菌等微生物的杀灭。

处理流程为：

待处理的空气自进气口经进气口过滤装置和进气风扇进入气流通道内，接受紫外线灯管发出的紫外光的照射；

气流通道四周采取的反射性设计提高了通道中不同部位的气体接受到的紫外线的高均匀性和反射带来的紫外线照射光强的提高，多次反转的气流通道设计和匹配的弯曲反折的紫外线灯管延长了气体中微生物接受照射的时间并节省了装置的空间；

最后，接受照射的气体自出气口排出。

在气体杀菌处理任务完成前，针对进气口区域未能接受紫外照射而有微生物残留的问题，通过在装置的杀菌操作停止前，对进气口区域局部进行臭氧杀菌处理，以彻底对进气口可能残留的微生物进行杀灭。因为该区域限制在很小的空间内，需要的臭氧量极少，对环境的影响也降至了最低。

上述装置的监控：装置运行期间，对其内的温度、紫外线辐照强度通过相应的传感器进行持续的监测。一旦腔体内超温或紫外线辐照强度衰减至一定限度后，给出报警提示或停机等待处理。

上述装置的紫外线灯管数量可以为一支，也可以为多支，多支灯管可以是串联形式排布(空气先后通过)，也可以是有独立风道或共同风道的并联形式排布(空气独立通过或同时通过)，或既有串联也有并联的排布形式。紫外线灯管的形状包括但不限于以下形状：直管形、U形、M形、圆形、圆盘形、回字形、弧形、N形、H形、多道折弯形、S形、凹形、凸形、直管反折形等。

整机由控制系统(控制板)进行控制，控制系统能提供多重参数的选择，包括但不限于：风扇不同的风速、灯管不同的输出功率、灯管开启的数量及方式、杀菌处理时长与方式、进气口臭氧杀菌的开启等。控制系统可以对监测的温度、紫外线照射强度、装置的运行状态等数据进行及时处理或呈现，也可根据需要，选择通过远程APP等程序进行远程控制或监测。

本发明提出的针对空气中病原微生物的杀灭方法和装置，采用能发射253.7nm波长紫外线的紫外线灯管作为高能物理能发生器，通过引导气流沿紫外线灯管管径走行方向并限制通过的气体在可接受紫外线灯管近距离照射的通道内通过，通道壁进行增强紫外线反射的处理，使得通过的气体中的微生物能够接受到均匀且高剂量的紫外线照射。接受到足够剂量的紫外线光子照射后，病原微生物的分子化学键会产生断裂而灭活。

本发明可以实现需处理的气体，在单次通过本装置即可对包括病毒在内的绝大多数病原微生物的有效杀灭(在高效杀菌模式下，0.3m/s的风速下，单次经过本系统接受到的累积紫外线照射能量可达到或超过能灭活绝大多数病毒、细菌、真菌等病原微生物的100,000uj/cm²的紫外线照射能量要求)。

有益效果：本发明公开的一种空气杀菌装置及方法具有以下有益效果：

1.弯曲、拼接、折叠、盘绕、叠加的紫外灯管可以在更小的体积下实现紫外线灯管管径的足够长度，空气沿灯管长轴方向流动通过，接受到的紫外线照射的时间大大延长。

2.气流通道被设计为包绕灯管的狭窄管道(紫外灯管在中心附近的位置)，保证通过的空气可以在近距离内接受到紫外线照射，从而保证空气所接受到的紫外线照射的强度高。

3.气流通道内壁反射紫外线处理，增加紫外线反射，提高紫外线的照射强度，并提高照射的均匀性。

4.气流通道内形成对气体的涡流设计，提高对空气的混合处理，提高照射的均匀性。

5.杀菌彻底，以臭氧对进气口部分进行处理能很好地解决进气口由于得不到紫外照射等处理而病原微生物不易被清除的问题，减少经进气口病原微生物残留带来的潜在危害。

6.装置或设备体积小、能耗低、对环境友好、成本低、工艺简单、操作便捷，无二次污染，适合于对指定环境中空气的动态杀菌的应用。

附图说明

图1为本发明公开的一种空气杀菌装置的示例图。

图2为U形的气流通道的示意图。

图3为凹形的气流通道的示意图。

图4为多道折弯形的气流通道的示意图。

图5为圆形的气流通道的示意图。

图6为S形的气流通道的示意图。

图7为双支N形的气流通道的示意图。

图8为直管反折形的气流通道的示意图。

图9为N形的气流通道的示意图，其中：紫外线灯管以单支直管为基础的多支直管灯管的N形连接；

图10为N形的气流通道的示意图,其中：紫外线灯管以双支直管为基础的多支直管灯管的N形连接；

其中：

1-进气口 2-进气口过滤装置

3-进气风扇 4-臭氧发生器

5-进气口区域消毒腔 6-气流通道

7-紫外线灯管 8-反光限流隔断

9-温度传感器 10-镇流器

11-紫外线辐照强度传感器 12-排气风扇

13-出气口 14-控制主板

15-外罩 16-内罩

17-电源模块

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

如图1所示，一种空气杀菌装置，包括：

外罩15，其为一设有进气口1和出气口13的中空件；

内罩16,其为设有内腔的中空件，内罩16设有与进气口1相配合的第二进气口，内罩16设有与出气口13相配合的第二出气口；

进气口区域消毒腔5，布设于内罩16的进气口1处，进气口区域消毒腔5的外端与进气口1相连，进气口区域消毒腔5的内端与内罩16的第二进气口相连，在进气口区域消毒腔5中沿着进气方向依次设有进气口过滤装置2、臭氧发生器4、进气风扇3；

出气管腔，出气管腔的外端与出气口13相连，出气管腔的内端与内罩16的第二出气口相连，出气管腔设有排气风扇12；

至少一个反光限流隔断8，布设于内罩16的内腔中，反光限流隔断8与内罩16的内腔构成了具有反折角或弯曲角的气流通道6；

紫外线灯管7，沿着气流通道6的近中心位置布设；

镇流器10，布设于外罩15的底部，镇流器10位于内罩16下方并与内罩16完全隔离，镇流器10与紫外线灯管7电性连接；

温度传感器9，布设于气流通道6的内侧壁上，用于对气流通道6内的温度进行监测；

紫外线辐照强度传感器11，布设于气流通道6的内侧壁上，用于对紫外线灯管7的输出光强进行监测；

控制主板14，布设于外罩15上部，控制主板14并与内罩16间完全隔离，紫外线辐照强度传感器11的输出端、温度传感器9的输出端与控制主板14的输入端相连，控制主板14的输出端与进气风扇3的输入端、臭氧发生器4的输入端、镇流器10的输入端、排气风扇12的输入端相连，用于控制进气风扇3、臭氧发生器4、镇流器10、排气风扇12的启停；

电源模块17(电源线及电源插头)，其一端外接市电，电源模块17的另一端分别与控制主板14、进气风扇3、臭氧发生器4、镇流器10、排气风扇12电性连接。

进一步地，进气口过滤装置2为由初效过滤层、HEAP过滤层及活性炭层串联而成的过滤装置

进一步地，控制主板14能够提供过压电路保护、过流电路保护、过温电路保护中的一种或多种。

进一步地，气流通道6的内壁镀有增强紫外线反射的反光材料。

更进一步地，在一个实施例中，增强紫外线反射的反光材料为铝。在另一个实施例中，增强紫外线反射的反光材料为银。

进一步地，所述气流通道6为直管形、U形、M形、圆形、圆盘形、回字形、弧形、N形、H形、多道折弯形、S形、凹形、凸形、直管反折形中的一种。如图2-图10所示，图2为U形的气流通道的示意图。图3为凹形的气流通道的示意图。图4为多道折弯形的气流通道的示意图。图5为圆形的气流通道的示意图。图6为S形的气流通道的示意图。图7为双支N形的气流通道的示意图。图8为直管反折形的气流通道的示意图。图9为N形的气流通道的示意图，其中：紫外线灯管以单支直管为基础的多支直管灯管的N形连接；图10为N形的气流通道的示意图,其中：紫外线灯管以双支直管为基础的多支直管灯管的N形连接。

进一步地，在一个实施例中，紫外线灯管7为芯片式紫外光源。在另一个实施例中，紫外线灯管7为低压紫外线灯管，更进一步地其为热阴极紫外线灯管。在另一个实施例中，紫外线灯管7为冷阴极紫外线灯管，在另一个实施例中，紫外线灯管7为无极紫外线灯管，在另一个实施例中，紫外线灯管7为低压高强紫外线灯。

进一步地，还包括一报警装置，控制主板14的输出端与所述报警装置的输入端相连。

一种空气杀菌方法，包括以下步骤：

(1)、进气风扇3开启，向外罩15内吸气，排气风扇12在另一侧向外排气，需处理的空气从进气口1被吸入；

(2)、进气口过滤装置2对吸入的空气进行过滤，以除去其中的灰尘；

(3)、选择杀菌模式(即选择是高效杀菌模式还是中效杀菌模式还是低效杀菌模式)，然后对吸入的空气进入含紫外线灯管7的气流通道6内，通过紫外线对吸入的空气进行杀菌；

(4)、温度传感器9和紫外线辐照强度传感器11用于实时监测气流通道6内的温度以及紫外线辐照强度，当紫外线辐照强度低于第一阀值，控制主板14通过调节进气风扇3和排气风扇12的转速，达到经过气体接受紫外线照射能量的基本稳定；而在温度超出设定值上限，信号反馈至控制主板14，控制主板14先给出报警信号，并同时通过调节进气风扇3或排气风扇12的转速，弱温度下降至正常，且紫外线辐照强度仍保持在一定范围的情况下，报警信号解除，杀菌净化后的空气从排气风扇12经出气口13排出；

(5)、在杀菌任务完成后本装置关机前，紫外线灯管7、进气风扇3和排气风扇12停止工作，臭氧发生器4工作开启，产生臭氧对进气口区域消毒腔5因紫外线无法照射到的区域进行杀菌处理，处理完成后自动断电。

更进一步地，步骤(4)中的第一阈值为10mW/cm²或20mW/cm²或35mW/cm²。

在一个实施例中，在高效杀菌模式下，第一阈值为35mW/cm²。

在另一个实施例中，在中效杀菌模式下，第一阈值为20mW/cm²。

在另一个实施例中，在低效杀菌模式下为，第一阈值10mW/cm²。

更进一步地，步骤(4)中的设定值上限为100℃。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种空气杀菌装置，其特征在于，包括：

外罩，其为一设有进气口和出气口的中空件；

内罩,其为设有内腔的中空件，所述内罩设有与所述进气口相配合的第二进气口，所述内罩设有与所述出气口相配合的第二出气口；

进气口区域消毒腔，布设于所述内罩的进气口处，进气口区域消毒腔的外端与所述进气口相连，所述进气口区域消毒腔的内端与所述内罩的第二进气口相连，在所述进气口区域消毒腔中沿着进气方向依次设有进气口过滤装置、臭氧发生器、进气风扇；

出气管腔，所述出气管腔的外端与所述出气口相连，所述出气管腔的内端与所述内罩的第二出气口相连，所述出气管腔设有排气风扇；

至少一个反光限流隔断，布设于所述内罩的内腔中，所述反光限流隔断与所述内罩的内腔构成了具有反折角或弯曲角的气流通道；

紫外线灯管，沿着气流通道的近中心位置布设；

镇流器，布设于外罩的底部，所述镇流器位于所述内罩下方并与内罩完全隔离，所述镇流器与所述紫外线灯管电性连接；

温度传感器，布设于气流通道的内侧壁上，用于对气流通道内的温度进行监测；

紫外线辐照强度传感器，布设于气流通道的内侧壁上，用于对紫外线灯管的输出光强进行监测；

控制主板，布设于外罩上部，所述控制主板并与内罩间完全隔离，所述紫外线辐照强度传感器的输出端、所述温度传感器的输出端与所述控制主板的输入端相连，所述控制主板的输出端与所述进气风扇的输入端、所述臭氧发生器的输入端、所述镇流器的输入端、所述排气风扇的输入端相连，用于控制所述进气风扇、所述臭氧发生器、所述镇流器、所述排气风扇的启停；

电源模块，其一端外接市电，所述电源模块的另一端分别与所述控制主板、所述进气风扇、所述臭氧发生器、所述镇流器、所述排气风扇电性连接。

2.如权利要求1所述的一种空气杀菌装置，其特征在于，所述进气口过滤装置为由初效过滤层、HEAP过滤层及活性炭层串联而成的过滤装置。

3.如权利要求1所述的一种空气杀菌装置，其特征在于，所述气流通道的内壁镀有增强紫外线反射的反光材料。

4.如权利要求3所述的一种空气杀菌装置，其特征在于，所述增强紫外线反射的反光材料为铝或银。

5.如权利要求1所述的一种空气杀菌装置，其特征在于，所述气流通道为直管形、U形、M形、圆形、圆盘形、回字形、弧形、N形、H形、多道折弯形、S形、凹形、凸形、直管反折形中的一种。

6.如权利要求1所述的一种空气杀菌装置，其特征在于，所述紫外线灯管为低压紫外线灯管、芯片式紫外光源中的一种。

7.如权利要求6所述的一种空气杀菌装置，其特征在于，所述低压紫外线灯管包括低压高强紫外线灯、热阴极紫外线灯管、冷阴极紫外线灯管、无极紫外线灯管。

8.如权利要求1所述的一种空气杀菌装置，其特征在于，还包括一报警装置，所述控制主板的输出端与所述报警装置的输入端相连。

9.一种空气杀菌方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、进气风扇开启，向外罩内吸气，排气风扇在另一侧向外排气，需处理的空气从进气口被吸入；

(2)、进气口过滤装置对吸入的空气进行过滤，以除去其中的灰尘；

(3)、选择杀菌模式，然后对吸入的空气进入含紫外线灯管的气流通道内，通过紫外线对吸入的空气进行杀菌；

(4)、温度传感器和紫外线辐照强度传感器用于实时监测气流通道内的温度以及紫外线辐照强度，当紫外线辐照强度低于第一阀值，控制主板通过调节进气风扇和排气风扇的转速，达到经过气体接受紫外线照射能量的基本稳定；而在温度超出设定值上限，信号反馈至控制主板，控制主板先给出报警信号，并同时通过调节进气风扇或排气风扇的转速，若温度下降至正常，且紫外线辐照强度仍保持在一定范围的情况下，报警信号解除，杀菌净化后的空气从排气风扇经出气口排出；

(5)、在杀菌任务完成后本装置关机前，紫外线灯管、进气风扇和排气风扇停止工作，臭氧发生器工作开启，产生臭氧对进气口区域消毒腔因紫外线无法照射到的区域进行杀菌处理，处理完成后自动断电。

10.如权利要求9所述的一种空气杀菌方法，其特征在于，步骤(4)中的第一阈值为10mW/cm²或20mW/cm²或35mW/cm²，步骤(4)中的设定值上限为100℃。

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