CN114191596B - 一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，克服现有技术空气消杀设备等离子受制于设备体积缺乏大能量导致消杀效果差的问题，包括电离模块、极性分离模块、和病毒过滤器，极性分离模块设置在电离模块之后，病毒过滤器设置在极性分离模块之后；极性分离模块和病毒过滤器之间还设置有电磁离子回旋加速模块；电磁离子回旋加速模块为对称设置的，电磁离子回旋加速模块包括高能量离子回旋加速器，高能量离子回旋加速器上有离子圆周运动区域，离子圆周运动区域上穿设有用于对正离子/负离子进行加速的狭缝，狭缝带有电势差。本发明采用电磁离子回旋加速模块和狭缝对离子加速，使离子的能量同时满足杀毒的有效性和对人的安全性。

Description

一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备

技术领域

本发明涉及电磁技术领域，尤其是涉及一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备。

背景技术

近年来随着经济社会的高速发展，随之而来的卫生问题也得到了广泛关注；地球村的环境也付出了不同程度的代价，尤其是地球上的气体受到不同程度的污染，混入在气体中的污染包括但不限于如沙尘等大粒径的物质，如雾霾等小粒径的物质，如细菌、病毒等对生命体有害的物质，如影响人类化学工业控制活动的杂质等。尤其是冠状病毒，医院、地铁站、公交车、高铁站等公共封闭大空间内，因人群较为集中，病毒和细菌易于滋生和传播，所以保证公共场所大空间的空气质量显得尤为重要。现有的空气消杀设备通过加大离子能量至满足杀毒的有效性和对人体的安全性。但低电压条件下产生的等离子一般都缺乏大能量，因此需要进一步通过加速离子速度来弥补这个缺陷。但现有的设备的受到设备体积大的约束，无法实际在所需的各个公共场所应用。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种杀菌消毒控制方法和设备”，其公告号CN113251554A，采用激光处理方式大规模产生等离子体，大幅度强化等离子体的内能和杀菌消毒功效。但该方案并没有对离子进行加速，其受制于设备体积大的约束，实际应用效果差。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的空气消杀设备等离子受制于设备体积缺乏大能量导致的消杀效果差的问题，提供一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，无需增加设备体积即可周期性的加速离子，加快离子的运动速度达到增大其动能的目的，使离子的能量同时满足杀毒的有效性和对人的安全性的技术要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，包括电离模块、极性分离模块、和病毒过滤器，其特征是，所述极性分离模块设置在电离模块之后，所述病毒过滤器设置在极性分离模块之后；在所述的极性分离模块和病毒过滤器之间还设置有用于对正离子和负离子进行加速的电磁离子回旋加速模块；

所述的电磁离子回旋加速模块为对称设置的，电磁离子回旋加速模块包括高能量离子回旋加速器，高能量离子回旋加速器上有离子圆周运动区域，所述的离子圆周运动区域上穿设有用于对正离子/负离子进行加速的狭缝，所述的狭缝带有电势差，所述的电势差方向垂直于离子进入/离开电磁离子回旋加速模块的方向。

杀灭冠状病毒设备主要工作模块为电磁离子回旋加速模块，首先对所在空间用过电离模块进行电离，再通过极性分离模块进行极性分离，因为离子包括正离子和负离子，需要分别进入电磁离子回旋加速模块进行加速，电磁离子回旋加速模块采用高能量离子回旋加速器，电磁离子回旋加速模块内分别设有用于加速正离子的高能量离子回旋加速器和用于加速负离子的高能量离子回旋加速器，因为离子极性分为正负两种，若置于同一高能量离子回旋加速器中会发生离子对撞，所以分开在两个高能量离子回旋加速器上进行处理。

加速后的离子速度极高，所在空间内空气中的大部分病毒已经被击碎分解杀死，残留的少部分病毒可以在电磁离子回旋加速模块之后的病毒过滤器被彻底过滤，病毒过滤器采用50微米病毒过滤器，可以有效过滤冠状病毒。

作为优选，所述的高能量离子回旋加速器上设有离子入口和离子出口，离子入口与离子出口在高能量离子回旋加速器的同一侧，离子进入电磁离子回旋加速模块方向与离子穿出电磁离子回旋加速模块方向相反。

同一侧且相反方向的离子入口和离子出口可以保证离子经过两个狭缝的加速，在两个狭缝中的电场内均加速过一次。

作为优选，所述的狭缝在每个高能量离子回旋加速器上至少设置两个，位于同一高能量离子回旋加速器上的两个狭缝对称设置在离子圆周运动区域两端，且两个狭缝延伸方向位于高能量离子回旋加速器中线上。

设置两个狭缝可以保证对称的加速，并对离子加速两次，产生更高的出射最大离子速度，也能产生更高的最大离子能量，用以有效杀灭空气中的冠状病毒。

作为优选，所述的高能量离子回旋加速器的数量至少为两个。

作为优选，高能量离子回旋加速器的参数设置为：回旋频率为f，磁场强度为B，离子回转半径为R，最大离子速度为V _max ，最大离子能量为E，最小狭缝电压升值为V _gap 。

作为优选，所述的高能量粒子回旋加速器的参数获取前需要对基础参数进行获取，所述基础参数采用与以下步骤获取：

S1、根据现有条件确定基本参数，包括离子浓度和瞳孔近表有效作用层体积；

S2、设定每秒病毒与离子接触次数为N，N=离子浓度与瞳孔近表有效作用层体积的乘积；

S3、设定每次碰撞释放的能量为xeV，每秒每个离子在眼睛瞳孔表面释放能量为

；

S4、由于离子接触，蛋白质分子受到损伤，对其损伤速度进行推算：

S401、设定眼睛瞳孔区域蛋白质分子数目为n；

S402、求完全损伤眼睛瞳孔区域蛋白质分子所需的总能量

x ₀=n×分子总数×每个分子的侧链数×每个侧链键数×每个键能量；

鉴于获取精确生化参数来源的困难问题，需要在人身安全的保险原则和杀毒效果的取得平衡

也就是在参与计算的相关系数中选择适当值，因此本计算涉及因子为：1000个分子，每个分子 10个侧链，10 个键，每个键20eV；

S5、设定对瞳孔表面蛋白质造成全部损伤的时间在一个月内完成，损伤比例达到1%，设定每次碰撞释放的能量为xeV，

由

，

得到

；

S6、计算携带每次碰撞产生的能量的离子的焦耳数值E1=x×1.6×10^-19(J)。

在获取参数，即高能量离子回旋加速器设计过程中，参数值需要考虑两个因素，一个是尽可能的增加离子能量满足杀毒的有效性要求，在满足杀毒有效性要求前还需要满足对于人体安全性的要求，在可以将设备广泛应用在公共场所的空气消杀领域。所以通过对于人体瞳孔表面蛋白质的损伤来计算高能量离子回旋加速器可以加速到的最大离子速度和最大离子能量，即最终从离子出口中出射的离子速度和离子能量。

作为优选，所述的高能量粒子回旋加速器的参数采用以下步骤获取：

S7、计算回旋终了离子离开高能量离子回旋加速器时的出射速度V _m ；

根据离子质量和携带每次碰撞产生的能量的离子的焦耳数值计算出射速度：

m=2.6×10^-24(J)

S8、对离子在空中做布朗运动的能量损失进行补偿，设定离子做布朗运动的能量损失为66.7%，对出射速度V _m 加以三倍的能量补偿的修正因子定为

；；

求得同时满足杀毒效果和人身安全使用的出射最大离子速度

；

同时满足杀毒效果和人身安全使用的最大离子能量为E=E1=3x×1.6×10^-19(J)；

S9、求回旋磁场强度

，其中q为离子电荷量；

S10、求回旋频率

；

S11设定最小狭缝电压升值V _gap ，因此一个周期内经过两个狭缝共可以提升2V _gap ，离子获加速回旋周期为

。

因此，本发明具有如下有益效果：通过加速离子速度对于低电压条件下产生的等离子体缺乏大能量进行补强，并考虑设备体积的约束条件，因带电运动粒子在磁场中受到洛伦茨磁力的作用要进行圆周加速运动，也就是离子在磁场力的作用下会产生加速度，加速运动的结果是使得离子速度越来越快，同时其所受的磁场提供的向心力也越来越大，采用电磁回旋加速器的基础上，额外的增加了两个具备电势差的狭缝，其电场对离子进一步的进行周期加速，使离子的能量同时满足杀毒的有效性和对人的安全性；此外，无需增大设备体积的条件下增大了离子能量即空气杀毒效果，实用性与产品推广性增强。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的高能量离子回旋加速器的结构示意图。

图中：1、电离模块 2、极性分离模块 3、电磁离子回旋加速模块 301、负离子高能量离子回旋加速器 302、正离子高能量离子回旋加速器 303、离子入口 304、离子出口305、狭缝 306、离子圆周运动区域 4、病毒过滤器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例：

本实施例提供了一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，如图1所示，包括按照工作顺序依次设置的电离模块1、极性分离模块2、电磁离子回旋加速模块3和病毒过滤器4，电离模块1用于对空气进行电离分离出离子，极性分离模块2进行极性分离，因为离子包括正离子和负离子，将正离子与负离子进行分离分别进行加速，防止加速过程中离子对撞，电磁离子回旋加速模块包括负离子高能量离子回旋加速器301和正离子高能量离子回旋加速器302，分别对负离子和正离子进行加速，病毒过滤器4为可以有效过滤冠状病毒的50微米病毒过滤器。

如图2所示，高能量离子回旋加速器上的一侧侧壁上设有一个离子入口303和离子出口304，离子入口的离子进入方向由前向后，离子出口的离子出射方向由后向前，离子在进入高能量离子回旋加速器之后且离开高能量离子回旋加速器之前经过一片离子圆周运动区域306，N_磁为磁场方向，离子圆周运动区域中间设置有两个狭缝305，两个狭缝305对称设置在离子圆周运动区域306两端，两个狭缝延伸方向位于高能量离子回旋加速器中线上，狭缝305中间带有电势差，电势差在水平面上方向垂直于离子进入/离开电磁离子回旋加速模块的方向，狭缝接通1.5V，224khz低压交流电源，低压交流电源可由24V直流蓄电池分压后再通过高频振荡电路获得。

高能量离子回旋加速器的参数设计如下：回旋频率为f=224khz，磁场强度为B=440Gs，离子回转半径为R=0.05m，最大离子速度为V _max =27000m/s，最大离子能量为E=65eV，最小狭缝电压升值为V _gap =1.5V。

参数设计的步骤考虑加大离子速度和离子能量满足杀毒的有效性要求以及对人体是否产生损害的安全性要求，具体设计步骤如下：

S1、根据现有条件确定两个基本参数，包括离子浓度10¹⁶/sm ³和瞳孔近表有效作用层体积14×10^-12m3；

S2、设定每秒病毒与离子接触次数为N，N=离子浓度与瞳孔近表有效作用层体积的乘积=14×10^-12 m ³×10¹⁶/sm ³⁼14×10⁴ /sm ³；

S3、设定每次碰撞释放的能量为xeV，每秒每个离子在眼睛瞳孔表面释放能量为

；

S4、由于离子接触，蛋白质分子受到损伤，对其损伤速度进行推算：

S401、设定眼睛瞳孔区域蛋白质分子数目为

；

S402、求完全损伤眼睛瞳孔区域蛋白质分子所需的总能量

x ₀=n×分子总数×每个分子的侧链数×每个侧链键数×每个键能量；

鉴于获取精确生化参数来源的困难问题，需要在人身安全的保险原则和杀毒效果的取得平衡

也就是在参与计算的相关系数中选择适当值，因此本计算涉及因子为：1000个分子，每个分子 10个侧链，10 个键，每个键20eV；

x ₀=4×10⁸×1000×10×10×20=8×10¹⁴ eV

S5、设定对瞳孔表面蛋白质造成全部损伤的时间在一个月内完成，损伤比例达到1%，设定每次碰撞产生的能量转移为xeV，

由

，

得到

；

S6、计算携带每次碰撞产生的能量的离子的焦耳数值

E1=x×1.6×10^-19(J)=21.6eV×1.6×10^-19 J/eV=34.6×10^-19J 。

S7、计算回旋终了离子离开高能量离子回旋加速器时的出射速度V _m ；

根据二价氧离子的离子质量m=2.6×10^-26kg 和携带每次碰撞产生的能量的离子的焦耳数值计算出射速度：

S8、对离子在空中做布朗运动的能量损失进行补偿，设定离子做布朗运动的能量损失为66.7%，对出射速度V _m 加以三倍的能量补偿的修正因子定为

；

求得同时满足杀毒效果和人身安全使用的出射最大离子速度

；

同时满足杀毒效果和人身安全使用的最大离子能量为

E=3E1=3x×1.6×10^-19(J)=3×21.6eV×1.6×10^-19 J/eV=64.8eV；

S9、求回旋磁场强度

，

其中q为离子电荷量；

S10、求回旋频率

；

S11设定最小狭缝电压升值V _gap =1.5V，因此一个周期内经过两个狭缝共可以提升2V _gap =3V，达到安全有效的离子能量需要65V，离子获加速回旋周期为

，即21.66~22个回旋周期即可达到。

本发明工作过程如下：设备经过电离模块通过超声波装置加湿空气，在区域内产生电力，电离出正离子和负离子进行极性分离，将分离后的正离子与负离子送入高能量离子回旋加速器上进行周期加速，使正离子和负离子轮流导通，带电运动粒子在磁场中受到洛伦茨磁力的作用要进行圆周加速运动，也就是离子在磁场力的作用下会产生加速度，加速运动的结果是使得离子速度越来越快，同时其所受的磁场提供的向心力也越来越大，采用电磁回旋加速器的基础上，额外的增加了两个具备电势差的狭缝，其电场对离子进一步的进行周期加速，使离子的能量同时满足杀毒的有效性和对人的安全性，由于离子被加速后速度极高，利用高速的离子激发空气分子，使空气分子产生大量的等离子，所在场所内的空间范围内的气体中的大部分病毒已经被击碎分解杀死，残留的少部分病毒在50微米病毒过滤器上进行彻底过滤，过滤后的气体完全消除冠状病毒。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，包括电离模块、极性分离模块、和病毒过滤器，其特征是，所述极性分离模块设置在电离模块之后，所述病毒过滤器设置在极性分离模块之后；在所述的极性分离模块和病毒过滤器之间还设置有用于对正离子和负离子进行加速的电磁离子回旋加速模块；

所述的电磁离子回旋加速模块为对称设置的，电磁离子回旋加速模块包括高能量离子回旋加速器，高能量离子回旋加速器上有离子圆周运动区域，所述的离子圆周运动区域上穿设有用于对正离子/负离子进行加速的狭缝，所述的狭缝带有电势差，所述的电势差方向垂直于离子进入/离开电磁离子回旋加速模块的方向。

2.根据权利要求1所述的一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，其特征是，所述的高能量离子回旋加速器上设有离子入口和离子出口，离子入口与离子出口在高能量离子回旋加速器的同一侧，离子进入电磁离子回旋加速模块方向与离子穿出电磁离子回旋加速模块方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，其特征是，所述的狭缝在每个高能量离子回旋加速器上至少设置两个，位于同一高能量离子回旋加速器上的两个狭缝对称设置在离子圆周运动区域两端，且两个狭缝延伸方向位于高能量离子回旋加速器中线上。

4.根据权利要求1或2所述的一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，其特征是，所述的高能量离子回旋加速器的数量至少为两个。

5.根据权利要求1或2所述的一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，其特征是，高能量离子回旋加速器的参数设置为：回旋频率为f，磁场强度为B，离子回转半径为R，最大离子速度为V_max，最大离子能量为E，最小狭缝电压升值为V_gap。

6.根据权利要求5所述的一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，其特征是，所述的高能量粒子回旋加速器的参数获取前需要对基础参数进行获取，所述基础参数采用与以下步骤获取：

S1、根据现有条件确定基本参数，包括离子浓度和瞳孔近表有效作用层体积；

S2、设定每秒病毒与离子接触次数为N，N＝离子浓度与瞳孔近表有效作用层体积的乘积；

S3、设定每次碰撞释放的能量为xeV，每秒每个离子在眼睛瞳孔表面释放能量为

单位为eV/s；

S4、由于离子接触，蛋白质分子受到损伤，对其损伤速度进行推算：

S401、设定眼睛瞳孔区域蛋白质分子数目为n；

S402、求完全损伤眼睛瞳孔区域蛋白质分子所需的总能量x₀＝n×分子总数×每个分子的侧链数×每个侧链键数×每个键能量；

S5、设定对瞳孔表面蛋白质造成全部损伤的时间在一个月内完成，损伤比例达到1％，设定每次碰撞释放的能量为x，单位为eV，

由

得到

S6、计算携带每次碰撞产生的能量的离子的焦耳数值E₁＝x×1.6×10^-19J。

7.根据权利要求5所述的一种通过电磁场回旋加速的快速等离子杀灭冠状病毒设备，其特征是，所述的高能量粒子回旋加速器的参数采用以下步骤获取：

S7、计算回旋终了离子离开高能量离子回旋加速器时的出射速度V_m；

根据离子质量和携带每次碰撞产生的能量的离子的焦耳数值计算出射速度：

m＝2.6×10^-26kg

S8、对离子在空中做布朗运动的能量损失进行补偿，设定离子做布朗运动的能量损失为66.7％，对出射速度V_m加以三倍的能量补偿的修正因子定为

求得同时满足杀毒效果和人身安全使用的出射最大离子速度

同时满足杀毒效果和人身安全使用的最大离子能量为E＝3E₁＝3x×1.6×10^-19J；

S9、求回旋磁场强度

其中q为离子电荷量；

S10、求回旋频率

S11设定最小狭缝电压升值V_gap，因此一个周期内经过两个狭缝共可以提升2V_gap，离子获加速回旋周期为

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