CN115025271A - 一种高频声效空气耦合微生物消杀方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种高频声效空气耦合微生物消杀方法和装置，下步骤：同时发射超声波、紫外线和等离子三种物理因子，对环境空气中的微生物进行消杀，低频超声波空气耦合协同紫外线能够催化增强空气中消杀的效率和增大消杀距离；通过同时发射超声波、紫外线和等离子三种物理因子，对环境空气中的微生物进行消杀，相较于单一的物理因子作用的效果呈现出数倍甚至百倍以上的效果，且低功率超声波、复合低功率的紫外线协同低功率等离子等时更有利于人机共存。
Description
技术领域
本申请涉及消毒技术领域，尤其涉及一种高频声效空气耦合微生物消杀方法和装置。
背景技术
目前，通过空气传播(气溶胶)介导的微生物疾病，是重大的公共卫生挑战，微生物疾病包括冠状病毒、流感和结核病等，这些疾病通常都具有传染性高和隐蔽性高等特点，特别是新型冠状病毒，以下简称新冠病毒，新冠病毒自发现以来，就以极快地开始广泛传播，新冠病毒可通过呼吸道分泌物排出体外，经口液、喷气、接触等都可以进行传染，给人们的生命健康安全造成了极其严重的危害。
而防止微生物疾病在空气中传播的直接方法是对空气中的病原体和已经传播沉积在各类物体表面的病原体进行消杀，目前通常采用物理因子对空气中的微生物进行消杀，但例如紫外线、微波、等离子等物理因子，都是通过提高功率来加强消杀效果，但是功率过高会对人体健康造成影响，如何在快速高效的对空气中的微生物进行消杀的同时实现人机共存成为目前亟待解决的问题。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其中，所述微生物包括细菌和病毒，所述细菌和病毒均包括蛋白质壳和被蛋白质壳包裹的遗传物质，所述遗传物质为DNA或RNA，所述一种高频声效空气耦合微生物消杀方法包括如下步骤：同时发射超声波、紫外线和等离子三种物理因子，对环境空气中的微生物进行消杀，低频超声波空气耦合协同紫外线能够催化增强空气中消杀的效率和增大消杀距离；
其一，通过低频超声波产生的机械效应、空化效应和热效应，对空气中的微生物进行消杀；
其二，通过紫外线产生光化反应，对空气中的微生物进行消杀；
其三，通过等离子电离产生的带电离子群，对空气中的微生物进行消杀。
所述超声波是频率大于20KHz的声波，所述低频超声波指的是频率为25KHz-100KHz的超声波。
所述通过低频超声波产生的机械效应对空气中的微生物进行消杀，具体包括如下步骤：超声波引起微生物介质质点运动，且运动质点的位移和速度不变，加速度大于重力加速度万倍，在本申请的一个实施例中，所述加速度超过重力加速度数万倍，在强烈的加速度作用下，质点的往复运动能够使微生物产生撕裂，微生物细胞内的介质收到强烈的震荡，通过所述介质质点具备的粘滞性、热传导、介质的实际结构及介质的微观动力学过程引起弛豫效应，达到对微生物的剧烈破环作用。
所述通过低频超声波产生的空化效应对空气中的微生物进行消杀，具体包括如下步骤：在液体中产生的局部瞬间高温和温度交变变化，以及在液体中产生的局部瞬间高压和压力变化，使液体中的细菌死亡，病毒失活，从而对微生物进行消杀。
在生鲜和湿冷的环境，空化效应引起的消毒效果会显著增强。
当被消毒物品位于液体和易于病菌长期存活的潮湿环境中会激发超声波的空化效应，空气在绝热收缩及崩溃的瞬间，泡内呈现5000℃以上的高温及100MPa的高压环境，急剧冷却速度达109K/us的极端微环境，产生速度约为110m/s具有强烈冲击的微射流，利用超声空化效应在液体中产生的局部瞬间高温和温度交变变化，以及在液体中产生的局部瞬间高压和压力变化，使液体中的细菌死亡，病毒失活。
所述低频超声波在空气耦合中能够沿直线远距离传播，低频超声波，通过矩阵方式使低频超声波在空气耦合中传播，能量集中且和光束的角度相似，能够与光线照射和等离子结合使用。
通过矩阵优化高频声效空气耦合性，使用参量阵对矩阵进行高度协调化的控制处理，所述参量阵为一种调制波的电声应用技术，能够使矩阵的高度协调一致，进而增强空气的耦合效率。
所述通过紫外线产生光化反应对空气中的微生物进行消杀，具体包括如下步骤：微生物在紫外线的照射下，蛋白质发生光解、变性，光子摧毁微+物不能分裂复制，从而对空气中的微生物进行消杀。
本申请还提供了一种高频声效空气耦合微生物消杀装置，使用上述一种高频声效空气耦合微生物消杀方法的装置，包括：外壳，所述外壳内部设有UVC灯，所述外壳四周均匀设有超声波振子单元，所述外壳两侧对称设有等离子模组。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：通过同时发射超声波、紫外线和等离子三种物理因子，对环境空气中的微生物进行消杀，相较于单一的物理因子作用的效果呈现出数倍甚至百倍以上的效果，且低功率超声波、复合低功率的紫外线协同低功率等离子等时更有利于人机共存。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种高频声效空气耦合微生物消杀装置的结构示意图。
图中：1、外壳；2、UVC灯；3、超声波振子单元；4、等离子模组；5、UVC反光片。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，下面对本申请实施例提供的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法进行详细介绍，如图1所示，本申请实施例提供的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，包括如下步骤：同时发射超声波、紫外线和等离子三种物理因子，对环境空气中的微生物进行消杀，低频超声波空气耦合协同紫外线可以催化增强空气中消杀的效率和增大消杀距离，每种物理因子对人体造成的伤害均在阈值之内，使得消毒设备在不影响人体健康的同时，提高消杀效果。
在本申请的一个示意性实施例中，低频超声波空气耦合协同222纳米紫外线可以提高人机共存的消杀效率和增大消杀距离，与此同时，消杀的时间被极大的缩短了，超声波、紫外线和等离子三种物理因子结合的方式，比单一的物理因子作用的效果呈现出数倍甚至百倍以上的效果，且低功率超声波、复合低功率的紫外线协同低功率等离子等时更有利于人机共存。
其一，通过低频超声波产生的机械效应、空化效应和热效应，对空气中的微生物进行消杀。
其中，所述微生物包括细菌和病毒，所述细菌和病毒均包括蛋白质壳和被蛋白质壳包裹的遗传物质，所述遗传物质为DNA或RNA。
其中，所述超声波是频率大于20KHz的声波，所述低频超声波指的是频率为25KHz-100KHz的超声波。
具体的，所述低频超声波在空气中传播产生的机械振动为所述机械效应，由于超声波频率高、波长短，所以超声波具有方向性好、功率大、穿透力强等特点，使用超声波对空气中的微生物进行消杀时，低频超声波产生的机械效应能够使微生物结构紊乱、微生物的蛋白质壳破脸、链状RNA断裂，从而对空气中的微生物进行消杀。
所述机械效应具体包括如下步骤：超声波能够引起介质质点运动，且运动质点的位移和速度不变，加速度大于重力加速度万倍，在本申请的一个实施例中，所述加速度超过重力加速度数万倍，在强烈的加速度作用下，质点的往复运动能够使微生物产生撕裂，微生物细胞内的介质收到强烈的震荡，所述介质质点具备的粘滞性、热传导、介质的实际结构及介质的微观动力学过程引起弛豫效应，达到对微生物的剧烈破环作用。
利用超声波的空化效应，在液体中产生的局部瞬间高温和温度交变变化，以及在液体中产生的局部瞬间高压和压力变化，使液体中的细菌死亡，病毒失活，从而对微生物进行消杀。
优选的，在生鲜和湿冷的环境，空化效应引起的消毒效果会显著增强。
在本申请的一个示意性实施例中，当被消毒物品位于液体和易于病菌长期存活的潮湿环境中会激发超声波的空化效应，空气在绝热收缩及崩溃的瞬间，泡内呈现5000℃以上的高温及100MPa的高压环境，急剧冷却速度达109K/us的极端微环境，产生速度约为110m/s具有强烈冲击的微射流，利用超声空化效应在液体中产生的局部瞬间高温和温度交变变化，以及在液体中产生的局部瞬间高压和压力变化，使液体中的细菌死亡，病毒失活。
其中，低频超声波在空气耦合中能够沿直线远距离传播，低频超声波，通过矩阵方式使低频超声波在空气耦合中传播，能量集中且和光束的角度相似，能够与光线照射和等离子结合使用。
在本申请的一个实施例中，所述通过矩阵方式使低频超声波在空气耦合中传播，传播距离能够达到200米以上。
优选的，通过矩阵优化高频声效空气耦合性，使用参量阵对矩阵进行高度协调化的控制处理，所述参量阵为一种调制波的电声应用技术，能够使矩阵的高度协调一致，进而增强空气的耦合效率。
其二，通过紫外线产生光化反应，对空气中的微生物进行消杀。
微生物在紫外线的照射下，蛋白质发生光解、变性，光子摧毁微+物不能分裂复制，从而对空气中的微生物进行消杀。
其三，通过等离子电离电离产生的带电离子群，对空气中的微生物进行消杀。
运用特定电压原理，正离子和负离子产生内电极或外电极并通过绝缘体使正离子和负离子相互分离进而放电触发，生成与自然界相近的带电离子族，所述带电的离子族能够主动碰撞空气中的细菌、病毒等微生物，击穿微生物的细胞膜、DNA和蛋白质，使微生物迅速破裂丧失活性，从而对空气中的微生物进行消杀。
如图1所示，本申请实施例提供了一种高频声效空气耦合微生物消杀装置，用于使用上述一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，包括：外壳1，所述外壳内部设有UVC灯2，所述外壳1四周均匀设有超声波振子单元3，所述外壳1两侧对称设有等离子模组4。
所述UVC灯2用于发射紫外线，所述超声波振子单元3用于发射低频超声波，所述等离子模组4用于发射等离子电荷。
优选的，所述UCV灯2两侧还设置有UVC等反光片5。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其中，所述微生物包括细菌和病毒，所述细菌和病毒均包括蛋白质壳和被蛋白质壳包裹的遗传物质，所述遗传物质为DNA或RNA，其特征在于，包括如下步骤：同时发射超声波、紫外线和等离子三种物理因子，对环境空气中的微生物进行消杀，低频超声波空气耦合协同紫外线能够催化增强空气中消杀的效率和增大消杀距离；
其一，通过低频超声波产生的机械效应、空化效应和热效应，对空气中的微生物进行消杀；
其二，通过紫外线产生光化反应，对空气中的微生物进行消杀；
其三，通过等离子电离产生的带电离子群，对空气中的微生物进行消杀。
2.根据权利要求1所述的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其特征在于，所述超声波是频率大于20KHz的声波，所述低频超声波指的是频率为25KHz-100KHz的超声波。
3.根据权利要求1所述的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其特征在于，所述通过低频超声波产生的机械效应对空气中的微生物进行消杀，具体包括如下步骤：超声波引起微生物介质质点运动，且运动质点的位移和速度不变，加速度大于重力加速度万倍，在本申请的一个实施例中，所述加速度超过重力加速度数万倍，在强烈的加速度作用下，质点的往复运动能够使微生物产生撕裂，微生物细胞内的介质收到强烈的震荡，通过所述介质质点具备的粘滞性、热传导、介质的实际结构及介质的微观动力学过程引起弛豫效应，达到对微生物的剧烈破环作用。
4.根据权利要求1所述的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其特征在于，所述通过低频超声波产生的空化效应对空气中的微生物进行消杀，具体包括如下步骤：在液体中产生的局部瞬间高温和温度交变变化，以及在液体中产生的局部瞬间高压和压力变化，使液体中的细菌死亡，病毒失活，从而对微生物进行消杀。
5.根据权利要求4所述的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其特征在于，在生鲜和湿冷的环境，空化效应引起的消毒效果会显著增强。
6.根据权利要求5所述的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其特征在于，当被消毒物品位于液体和易于病菌长期存活的潮湿环境中会激发超声波的空化效应，空气在绝热收缩及崩溃的瞬间，泡内呈现5000℃以上的高温及100MPa的高压环境，急剧冷却速度达109K/us的极端微环境，产生速度约为110m/s具有强烈冲击的微射流，利用超声空化效应在液体中产生的局部瞬间高温和温度交变变化，以及在液体中产生的局部瞬间高压和压力变化，使液体中的细菌死亡，病毒失活。
7.根据权利要求1所述的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其特征在于，所述低频超声波在空气耦合中能够沿直线远距离传播，低频超声波，通过矩阵方式使低频超声波在空气耦合中传播，能量集中且和光束的角度相似，能够与光线照射和等离子结合使用。
8.根据权利要求1所述的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其特征在于，通过矩阵优化高频声效空气耦合性，使用参量阵对矩阵进行高度协调化的控制处理，所述参量阵为一种调制波的电声应用技术，能够使矩阵的高度协调一致，进而增强空气的耦合效率。
9.根据权利要求1所述的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法，其特征在于，所述通过紫外线产生光化反应对空气中的微生物进行消杀，具体包括如下步骤：微生物在紫外线的照射下，蛋白质发生光解、变性，光子摧毁微+物不能分裂复制，从而对空气中的微生物进行消杀。
10.一种高频声效空气耦合微生物消杀装置，其特征在于，使用上述权利要求1-9任一所述的一种高频声效空气耦合微生物消杀方法的装置，包括：外壳，所述外壳内部设有UVC灯，所述外壳四周均匀设有超声波振子单元，所述外壳两侧对称设有等离子模组。
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| CN202210811431.0A Pending CN115025271A (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种高频声效空气耦合微生物消杀方法和装置 |
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| CN (1) | CN115025271A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0673656A1 (de) * | 1994-03-25 | 1995-09-27 | Perentron Engineering Limited | Verfahren zum Reinigen von Luft und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| CN206476783U (zh) * | 2017-01-13 | 2017-09-08 | 杜佳钊 | 一种物理杀菌装置 |
| CN113154597A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-07-23 | 中国科学院电工研究所 | 一种等离子体激发紫外光复合空气消杀装置及方法 |
| CN114452431A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-05-10 | 王治霞 | 对人体无害的紫外线-超声波联合杀毒灭菌装置及方法 |
-
2022
- 2022-07-11 CN CN202210811431.0A patent/CN115025271A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0673656A1 (de) * | 1994-03-25 | 1995-09-27 | Perentron Engineering Limited | Verfahren zum Reinigen von Luft und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 机械工程手册电机工程手册编辑委员会: "食品保藏技术原理", 中国轻工业出版社, pages: 129 - 130 * |
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