CN214343622U - 氙准分子臭氧消杀微生物培养箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的氙准分子臭氧消杀微生物培养箱，其结构是由封闭式氙准分子臭氧激发舱、压力气源供给装置、液体泵、气体过滤装置、气体调压阀、文丘里管、静态混合器、一流体喷嘴，与空气泵和/或水泵和/或分子筛制氧机和/或电磁阀和/或水罐作为基本元器件，构成使用氙准分子臭氧进行自身消杀功能的微生物培养箱的基础架构。使用这种结构的微生物培养箱可以有效地对培养箱内部的有害微生物进行消毒清洗，防止自身滋生的有害微生物对培养菌的干扰或污染。

Description

氙准分子臭氧消杀微生物培养箱

技术领域

本发明涉及利用氙准分子光源臭氧喷洒消毒解决微生物培养箱的细菌孢子体消杀的技术范畴，是集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的一种具体应用，也是集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的臭氧喷洒架构的一种具体的设计，这种适用于微生物培养箱的臭氧消杀系统的设计是使用集中传输式氙准分子光源臭氧发生器为核心技术的臭氧气体现用现制、臭氧汽雾喷洒系统的架构设计，是不会产生氮氧化合物有害气体的纯臭氧消杀系统在生物培养箱上的具体应用。

背景技术

微生物学是一门典型的生命科学学科。研究微生物的结构、功能与环境的交互作用涉及到许多不同的应用，所有这些应用都有一个共同的要求：就是对微生物进行精确的培养。对微生物培养所需要的基本条件有两个方面，一个是微生物需要的营养，另一个是微生物生长需要生长的环境，其中环境主要是对温度、湿度、洁净程度的控制管理。微生物培养箱又称生物培养箱，具有制冷和加热双向调温系统温度可控的功能以及湿度调节的功能，是为微生物的生长提供一个可控的人工生长环境，是植物、生物、微生物、遗传、病毒、环保等科研、教学部门不可缺少的实验室设备之一，广泛应用于恒温试验、培养化验、环境实验等等，在科研、环保、污水处理等部门起到了举足轻重的作用。

然而据一些长期从事微生物研究的一线科研人员常常反映微生物培养箱中的孢子体很难杀灭清除，严重地影响后续试验的进行。据了解，尽管使用了很多的消杀剂，都很难做到彻底的消杀。目前较好的方式是对微生物培养箱进行高温消杀，所以一些具有可以将微生物培养箱的温度提升到120℃以上温度的微生物培养箱备受欢迎。然而将温度提升高温需要时间，显然略有不便。

然而被全球公认的绿色广谱高效的非化学的臭氧消杀剂，尽管其对有害微生物的消杀速度和效果是无与伦比的，因为臭氧，也就是活性氧原子的杀菌原理是来源于活性氧原子的强氧化性，可以将活性氧原子周围的有机化合物瞬间氧化成CO₂和H₂O，所以是最环保的氧化剂，且消杀效率高，是氯原子氧化消杀能力的300倍到1000倍！然而如此优秀环保的消杀剂目前却被束之高阁，处于英雄无用武之地的窘况。究其原因在于两点，其一是由于臭氧的活泼性，导致其很不稳定，所以必须现用现制；其二是目前市场上臭氧现用现制的装备是采用电离(即介质阻挡放电方法，或称电晕方式)的方式制备臭氧。然而采用电离的方式制备臭氧如果气源中有氮气，则会在制备臭氧的同时产生氮氧化合物有害气体，且氮氧化合物也会与臭氧发生反应，消耗臭氧，降低臭氧的有效浓度，从而降低臭氧的消杀能力，除非气源是100％的氧气，然而使用纯氧气作为电离方式的气源在现实中也是很不方便的，且成本会更高。

一种革命性的从空气源中制备臭氧的技术是氙准分子光源所发射的172nm的紫外窄频光制备臭氧的新技术。由于氧对172nm的紫外窄频光的吸收比对185nm的紫外窄频光的吸收高出20倍，所以氙准分子所发射的172nm的紫外窄频光可以更高效率的激发空气中的氧气产生大量的活性氧，具有超出低压汞灯几十倍的强氧化能力分解有机物质将其转换为二氧化碳和水，所以其表现出了超出所有消杀剂更强的消杀能力。由于氮不吸收172nm的紫外窄频光，所以这种以空气源制备臭氧的方式不会产生氮氧化合物。这是当前从空气中制备臭氧气体效率最高、制备的臭氧气体最纯的，且不会产生氮氧化物有害气体的臭氧制备技术。采用氙准分子光源激发氧气制备臭氧的装备被称之为“氙准分子臭氧发生器”。将氙准分子臭氧发生器用于微生物培养箱的消杀，目前没有先例。

本发明人与本实用新型专利提交的同日，也提出了“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”和“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的臭氧喷洒架构”的发明申请。所以本专利申请文件所表述的技术内容是“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”和“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的臭氧喷洒架构”的发明专利申请所表述的技术的一种具体应用。

发明内容

本发明人在提交本专利申请的同日也提交了一份“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”的发明专利申请文件。该专利申请文件所表述的核心技术是利用氙准分子光源开发了一种“封闭式氙准分子臭氧激发舱”及其基础架构。该专利文件所表述的技术核心用简单的语言概括就是，将氙准分子光源的氙准分子灯管放在一个两端有气孔的封闭容器中，孔的一端与可以提供一定压力的气源装备链接，另一端链接输送气流的管道。当氙准分子灯管工作时，就会激发周边气流中的氧分子产生极具强氧化性的活性氧原子，继而形成臭氧与气流中其它成分组成的混合气体(主要是与氮气组成的混合气体)。所形成的含有臭氧的混合气体在气压的作用下，从密闭容器内被吹出，然后会沿着气管的导向，被集中输送到需要的位置，在管道的出口处形成与封闭舱内臭氧浓度基本一致的臭氧混合气体。在一定气压下，流经“封闭式氙准分子臭氧激发舱”和管道的气流是恒定的，则气流中臭氧浓度的高低取决于氙准分子灯管的功率、点亮的时间以及气路中串并联氙准分子灯管(即封闭式氙准分子臭氧激发舱) 的个数这三个基本的因素。对于“封闭式氙准分子臭氧激发舱”的设计技术特征，本申请人已经在“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”的发明专利申请文件中表述了，本专利申请仅仅是将“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”中的“封闭式氙准分子臭氧激发舱”作为一个部件，在本专利所表述的氙准分子臭氧消杀微生物培养箱的臭氧制备和臭氧喷洒架构的体系中应用。

图1是一种单门微生物培养箱的正视图，图2是一种双门微生物培养箱的正视图，图 3是一种四门微生物培养箱的正视图。本发明所表述的“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”和“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器的臭氧喷洒架构”的技术对所有类型的微生物培养箱的消杀都是适用的，本发明对具体技术的表述选择以四门微生物培养箱进行表述。

在图1、图2、图3中，A表示微生物培养箱的门，同时也表示微生物的一个内部箱体空间，同理，B、C、D也是分别表示微生物培养箱的门和一个内部微生物培养空间。图1、2、 3中的F表示微生物培养箱的设备夹层(空间)。为什么要用图1、2、3表述三种不同结构的微生物培养箱的正视图呢？是因为在微生物培养箱的应用领域，微生物培养箱的生产工厂往往会更多的生产内部空间足够大的微生物培养箱，且一台微生物培养箱上绝大多数是一个门，也就是只有一个内部微生物培养空间，双门的(也就是有两个内部空间)的就比较少，一台微生物培养箱拥有多门的，也就是拥有多个空间的微生物培养箱几乎很难寻觅。然而在微生物培养箱的应用领域，试验人员在很多试样任务中，需要进行微生物培养的数量往往很少，并不需要很大的内部微生物培养空间。而如果把不同任务的微生物培养的样本放在同一个微生物培养空间，尽管微生物培养的温湿度是一样的，即便是这样，试验人员也因为怕污染，所以并不愿意将不同试验任务的微生物培养样品放在一处，而更多的希望是每次微生物培养的样本独处一个培养空间直到任务结束。所以大内部培养空间的对于很多微生物培养试验来说往往意味着浪费，浪费电能，浪费实验室内部宝贵的空间。为此，本发明人用图3表述了在一个微生物培养箱设备上，设置了四个独立内部的微生物培养空间。关于这一点，本发明人并没有将其列入本发明的技术特征之一，仅仅是为了表述本发明人的上述设计思想而已。对于微生物培养箱的箱体结构，温度加热和制冷器件以及控制系统和湿度加湿器件及控制系统的技术方式的技术有很多，且信息基本公开，所以如果设计一台微生物培养箱有很多公开的技术可以使用，且这些已经公开的技术完全可以满足微生物培养箱的设计要求。所以本发明所表述的“氙准分子臭氧消杀微生物培养箱”的技术重点是表述与微生物培养箱消杀配套的氙准分子臭氧消杀的系统架构，对于其电控技术以及微生物培养箱的机体架构技术、温湿度控制技术就不再赘述，因为任何一个领域内的技术人员均可以在详细了解了本发明所表述的与微生物培养箱消杀配套的氙准分子臭氧消杀的系统架构以后，均可以借助于已经公开的微生物培养箱的机体架构技术、温湿度控制技术以及现代数字控制技术就可以完成一台“氙准分子臭氧消杀微生物培养箱”的技术设计。基于此，本发明仅对与微生物培养箱消杀配套的氙准分子臭氧消杀的系统架构进行详细的阐述。

图4是本发明人设计的与微生物培养箱消杀配套的氙准分子臭氧消杀的系统架构图。

在图4中，1是安装氙准分子灯管的封闭式氙准分子臭氧激发舱，也称之为制臭氧模块；2是空气泵；3是制氧机；4-1、4-2是液体泵，首选是可以进行数字控制流量的精密液体泵，次选使用蠕动泵；5是压力表；6是节流阀；7-1、7-2是压力调节阀；8-1和8-2是文丘里管(又称射流器)；9是静态混合器；10是空气前置过滤器；12是单向阀；16是冷却模块 (制氧机出口的氧气冷却模块)；18是综合功能过滤器；19是电磁阀；20是液体减压阀；24 是水罐(这里也可以代表自来水供水口、或一级反渗透净水系统的储水罐、或二级反渗透系统的储水罐)，在图4中实线是液体或水汽管道，虚线是气体管道。A、B、C、D分别代表微生物培养箱的四个门。每一个门内均是一个微生物培养的内腔，F是微生物培养箱的设备夹层，这些设备包括加热部分的设备如循环风机等，制冷部分的设备、臭氧制备部分的设备。

在图4中，A、B、C、D分别代表一个微生物培养箱的内腔体。臭氧制备系统是置于微生物培养箱的外部位置，如图1、2、3、4中的F(装备夹层)位置，一流体喷嘴是置于微生物培养箱内腔的内部，可以是顶部，也可以是侧部，根据具体情况，按照微生物培养箱生产过程中的施工方便确定。

如果微生物培养箱只有一扇门(即一个内腔)，则只需要一个一流体喷嘴，如果是双扇门，则需要两个二流体喷嘴，如果如图3展示的那样微生物培养箱有四扇门，则意味着就有四个独立的微生物培养内腔，则就需要使用4个一流体喷嘴，在臭氧汽雾喷洒时，可以通过电磁阀(图4中的19-A、19-B、19-C、19-D)进行选择性控制，既可以分别喷洒臭氧汽雾消毒，也可以同时喷洒臭氧汽雾消毒。

图4是一种高气水比与低气水比可以互调的设计，但是在运行时，绝大多数的状态是高气水比的状态，其工作原理为：给封闭式氙准分子臭氧激发舱供气的气源还是首选制氧机，但是也可以选择空气，如果选择空气，则需要用一只低气压的空气泵取代制氧机。由封闭式氙准分子臭氧激发舱产生的高浓度臭氧气体与来自于空气泵的较高的空气气流在文丘里管 (图4中的8-1)混合形成气压较高的但是臭氧浓度较低(与来自于封闭式氙准分子臭氧激发舱的臭氧气体浓度比较)混合气体后在第二个文丘里管(8-2)与来自于第一只液泵(4-1) 的液体混合，形成臭氧的水汽流，为了进一步促使臭氧气体尽可能多的溶入液相中，增加了静态混合器(图4中的9)使臭氧气体尽可能多地溶入到液相中，并且被送到一流体的喷嘴形成喷射状的臭氧汽雾。液相首先选择水，也可以根据消杀需要选择与臭氧混合后可以增加消杀作用的其他溶剂。

在图4中，如果空气泵的气压远远的高于液体泵(图4中的4-1)，则属于高气水比，所喷射的汽雾粒径小，雾滴细，这样对微生物培养箱中的臭氧消杀主要是调节微生物培养箱内的高湿度，使之达到80％以上从而获得尽可能好的臭氧消杀效果，这是因为臭氧的消杀随着湿度增加，消杀能力提高，臭氧在水中的消杀能力最强，是空气中(湿度40％附近)消杀能力的10倍以上。当空气泵的气压调节的较低，液体泵的液压调节的较高时，就形成了低气水比，低气水比的汽雾的粒径可以很大，甚至达到聚雨级别的汽雾，这样就可以对微生物培养箱的内腔进行臭氧汽雾的喷射消杀和兼顾臭氧水的洗涤清洁。在微生物培养箱应用的实践中，经常会需要对微生物培养箱的内腔体进行清洁，所以低气水比的场合就需要了。液体泵 (图4中的4-1)应该首选可以进行数字控制流量的精密液体泵，这样就可以实现高汽水比与低气水比的互换调节。当空气泵与液体泵(图4中的4-1)确定后，高汽水比与低气水比的互换调节可用图4中的压力调节阀(图4中的7-1)和减压阀(液压)(图4中的20)进行调节。如果通过实践可以获得对微生物培养箱内腔的臭氧消杀只需要满足低气水比就可以了，则液体泵(4-1)可以选择蠕动泵。选择蠕动泵的优点是相对于数字控制流量的精密液体泵，蠕动泵的价格低廉，手动调节或数控调节都比较简单。

在图4中有一套小的冷却系统用于对制氧机出来的氧气和封闭式氙准分子臭氧激发舱进行冷却降温。这套冷却系统的工作原理是液体泵(图4中的4-2)与制氧机排气端的氧气冷却模块(图4中的16)、单向阀构成，从水罐(图4中的24)取水进行循环冷却。所以水罐的液体应该首选水溶液，如果不是水溶液，应该考虑冷却系统的影响和循环冷却对液体的影响问题。这个问题本发明人就不再推敲表述了，因为在了解了本发明的技术特点后，专业领域内的技术人员均可以解决这个问题。

对于图4的设计，分子筛制氧机可以选择空气变压吸附(PSA)制氧机，也可以选择吸附真空解吸(VPSA)制氧机。还可以去掉制氧机，选择一个空气泵。当然选择制氧机向封闭式氙准分子臭氧激发舱提供纯度较高的氧气，可以显著地将臭氧制备量提升三倍以上，而使用空气向封闭式氙准分子臭氧激发舱供气，则由于空气中仅有21％的氧气，所以臭氧的制备量会明显低降低。省略了分子筛制氧机，显然可以缩减装备的体积和重量，因此在考虑到设备的体积和重量不需要很大的场合，去掉制氧机是一种合理的设计选择。目前分子筛制氧机的供氧量一般是采用每分钟制备多少升来区分，例如1L/min、2L/min、3L/min、5L/min、10L/min 等，以目前市场分子筛产品供应的情况，对于小型分子筛制氧机，10L/min的规格基本上属于小型分子筛制氧机的上限，如果再需要大的制氧量，一般是按照小制氧量的机型进行模块化组合。对于与氙准分子光源配套使用来说，选择小型的分子筛制氧机基本上是可以满足需要，因为氙准分子光源激发氧气制备臭氧属于高端小型化臭氧制备设备。对应于目前的医疗消杀基本可以满足多种场合的需求。对于要求不高的场合，可以省略分子筛制氧机，直接用空气泵向封闭式氙准分子臭氧激发舱提供压力空气气源。

对于图4的设计，当需要单位时间内制备高的臭氧量时，除了采用分子筛制氧机提供高浓度的氧气，在图1所表述的架构系统中，还可以通过使用多个封闭式氙准分子臭氧激发舱，采用串联使用、或并联使用、或串并联使用的模式来提升单位时间内臭氧的制备量。关于这一点，本发明人已经在与本专利同日提交的“集中传输式氙准分子光源臭氧发生器”专利申请文件中有所表述。

本发明所表述的臭氧汽雾对微生物培养箱的杀灭时间取决于培养箱内腔中的臭氧浓度和臭氧维持时间。根据相关技术法规，箱体内的臭氧浓度需要达到10ppm以上，并且需要维持30min以上。但是相关法规只要求湿度要大于70％，缺少更详细的要求，例如湿度达到90％时，臭氧的浓度是不是可以降低，臭氧维持的时间是不是可以缩短，等。这些问题发明人认为不需要在本申请文件中阐述。因为对于微生物培养箱内部杀菌效果是需要具体验证的，每一个实验室的微生物培养箱的杀菌效果都需要这个实验室的技术人员专门对这台设备进行杀菌验证，并且根据自己的杀菌验证数据来确定这台微生物培养箱的杀菌操作规程。本发明所表述的臭氧消杀系统的作用仅仅是可以源源不断地向微生物培养箱内腔提供臭氧的汽雾，且臭氧汽雾内的臭氧含量、臭氧汽雾给予的时间和汽雾雾滴的粒径是可控的。剩余的事情就交给了使用这台微生物培养箱的实验室操作人员来实施。

在微生物培养箱实施完臭氧汽雾消杀之后，内腔内保存有高浓度的臭氧气体，如果冒然立即开门，内部的臭氧气体会大量涌出，这样会对实验室人员造成伤害。解决的办法有两种，一种是在30分钟以后再打开门，这时内部的臭氧会基本降解完毕。这种操作可以放置在下班以后完成，将需要喷洒臭氧汽雾的时间设定好后，系统会自动执行臭氧消杀程序，一般不会超过60min就可以实施完臭氧的消杀。因为对于一般的实验室微生物培养箱，其内腔容积都不会超过2m³，而目前可以采购到的氙准分子光源如果是以空气为气源，则臭氧的产出量为1000mg/hr，如果是以制氧机为气源，则臭氧制备量将提高3倍以上。所以对2m³的空间充满10ppm的臭氧气体不会长于2min，最长继续维持30min，则整个杀菌过程完全可以在 60min内结束。所以利用下班后消杀，在时间上完全充足。另一种办法是在微生物培养箱上设计臭氧排放通道，采用臭氧降解过滤器将内部的臭氧边排放边降解。具体的做法如图5所示。图5是一台单门微生物培养箱的侧视图，图5中1是培养箱的内腔；2是培养箱的前门；3是风扇(一般选择小型轴流风扇即可，但是风扇的扇体要选择耐臭氧腐蚀的材料)；4是风闸门(风闸门的材料应该选择耐臭氧腐蚀的材料，且应该是电控的)；5是臭氧降解过滤器(如氧化锰，等)；6是安装在前门的风闸门(风闸门的材料应该选择耐臭氧腐蚀的材料，且应该是电控的)；7是前门上的进气口。其工作原理是在臭氧消杀期间，风闸门关闭，当臭氧消杀完毕后，风闸门与前门上的风闸门和风扇都同时开启，则内部的臭氧就会经过臭氧降解过滤器排放到外部空间。臭氧降解滤器对臭氧降解的能力一般都要求达到90％左右，所以排泄出去的气体的臭氧含量很低，且会很快降解。在设计中需要注意的是臭氧的排放口应该尽可能位于内腔的底部，而进气口应该尽可能位于高处，这是因为臭氧的分子量大于空气的平均分子量，所以臭氧较重，这种设计有利于臭氧的排放与降解。

在图4的设计中的水罐应该设计有水位报警器，当水罐的水位缺失到一定程度时进行报警，提示要尽快向水罐内供水。

图4的这种设计是用于氙准分子臭氧消杀微生物培养箱的臭氧制备和汽雾喷洒系统的架构和主要部件的排序。

附图说明

图1是一种单门微生物培养箱的正视图，图2是一种双门微生物培养箱的正视图，图3是一种四门微生物培养箱的正视图，图4是与本发明微生物培养箱消杀配套的氙准分子臭氧消杀的系统架构图。图5是一台单门微生物培养箱的侧视图。

在图1中，A是微生物培养箱的门；F是微生物培养箱的设备夹层(空间)。

在图2中，A是微生物培养箱的门；B是微生物培养箱的门；F是微生物培养箱的设备夹层(空间)。

在图3中，A、B、C、D也是分别表示微生物培养箱的门；F是微生物培养箱的设备夹层(空间)。

在图4中，A、B、C、D分别代表一个微生物培养箱的内腔体；I-1和I-2分别是两个空气的进入口；1是封闭式氙准分子臭氧激发舱，也称之为制臭氧模块；2是空气泵，是包括空气压缩机、涡流风机、鼓风机等不包括制氧机之外的所有空气压力气源装备的总标识；3 是分子筛制氧机，也称之为制臭氧模块；4-1和4-2是液体泵，是包括水泵、蠕动泵、射流泵、自吸泵等液体泵等装备的总标识；5是压力表(计)，包括气压表、液压表；6是节流阀；7-1 和7-2是压力调节阀；8-1和8-2是射流器(文丘里管)；9是静态混合器；10是空气前置过滤器，是微尘过滤器、油气分离器、汽水分离器、活性炭柱、硅胶柱的总标识；12是单向阀； 13-A、13-B、13-C、13-D是一流体喷嘴；16是冷却模块(制氧机出口的氧气冷却模块)；17 是流量计；18是过滤器(综合功能)；19是电磁阀；19-A、19-B、19-C、19-D是电磁阀；20 是减压阀(液压)；24是水罐(本图标也代表自来水供水口，或有压力的水源端)。

图4中的实线表述水管道；虚线表示气管道；点化线表示水汽混合管道；

在图5中，1是培养箱的内腔；2是培养箱的前门；3是风扇；4是风闸门；5是臭氧降解过滤器；6是风闸门；7是前门上的进气口。

具体实施方式

发明人已经在上述正文中已经详细叙述本发明的具体实施内容，就没有必要再列举具体实施方式了。

Claims (4)

1.氙准分子臭氧消杀微生物培养箱，其特征是由封闭式氙准分子臭氧激发舱、压力气源供给装置、液体泵、气体过滤装置、气体调压阀、文丘里管、静态混合器、一流体喷嘴作为必须部件，并且可选择与空气泵和/或水泵和/或分子筛制氧机和/或电磁阀和/或水罐为基本元器件构成臭氧喷洒系统的基础架构。

2.根据权利要求1所述的氙准分子臭氧消杀微生物培养箱，其特征是一套氙准分子臭氧制备和汽雾喷洒系统可以向一台微生物培养箱上的多个内部腔体喷洒臭氧汽雾。

3.根据权利要求1所述的氙准分子臭氧消杀微生物培养箱，其特征是使用分子筛制氧机作为架构系统的压力气源，或使用空气泵向封闭式氙准分子臭氧激发舱提供压力空气气源。

4.根据权利要求1所述的氙准分子臭氧消杀微生物培养箱，其特征是安装有氙准分子灯管的封闭式氙准分子臭氧激发舱可以在一个架构系统中通过串联、或并联、或串并联多个组合使用。

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