CN219290219U - 一种led紫外鞋底即时消毒杀菌装置 - Google Patents

Abstract

一种LED紫外鞋底即时消毒杀菌装置，包括箱体外壳、脚踏平板、透紫外线的石英玻璃，紫外线光源与电源、红外传感器、电源开关，脚踏平板，脚踏平板为长方形板状结构，安装在箱体外壳的上表面，脚踏平板平面上设有一对与鞋底面积相同的长方形石英玻璃作为紫外出光窗口，每个与鞋底面积相同的长方形石英玻璃下为深紫外LED光芯板，所述深紫外LED光芯板为均匀分布安装在PCB板上40‑60只深紫外LED光芯，深紫外LED光芯覆盖鞋底的矩形面积，深紫外LED光芯峰值波长为250‑275nm。

Description

一种LED紫外鞋底即时消毒杀菌装置

技术领域

本实用新型涉及一种家用和公共场所使用的消毒杀菌设备技术领域，主要涉及利用紫外线照射在鞋底表面的病毒、细菌等病原体的一种鞋底消毒杀菌装置。

背景技术

鞋底是接触污物最直接的部位。不论是流行性疾病，还是有害物质。它们都极易附着在鞋底上,随着人体的移动，它也就成为传播有害细菌和病毒的最重要的载体。鞋底在行走时与地面有各种各样的细菌、病毒等病原接触并且可能将细菌、病毒等微生物带到公共场所、家中或带到办公室中，还可以通过脱鞋，将上述细菌、病毒等病原微生物带到手上，是传播疾病的一个重要途径。而在日常生活中，阻断鞋底下的有害细菌和病毒可能的传染就十分重要。为了取得更好的防疫效果，对鞋底进行消毒，尤其是人流密集的公共场所对鞋底进行消毒是非常必要的。目前公共场所多采用消毒脚垫消毒方式，鞋底消毒杀菌装置主要采用消毒液体消毒杀菌的模式存在脚沾水渍容易滑倒安全隐患，不清洁环保，酒精消毒不高效等问题。而较少采用紫外方式。虽然CN2020201959153公开了一种鞋底消毒杀菌装置，包括鞋底消毒杀菌装置主体、显示器支架、显示器、电源插座和总开关，所述的鞋底消毒杀菌装置主体包括箱体外壳、脚踏平板、透紫外线玻璃，鞋定位挡板，紫外线灯管、镇流器、脚踏平板支架、脚踏平板固定杆、压力传感器、压力开关，所述的脚踏平板为长方形板状结构，脚踏平板上有二个对称的长方形开孔，长方形开孔的上方各安装一块透紫外线玻璃，所述的紫外线灯管共有四个，固定在箱体外壳内，每个长方形孔下方安装两个，所述的每个紫外线灯管的功率为3-20W，波长为200-265nm，优选为254nm。原理是通过紫外线照射的物理灭菌作用，将鞋底上的细菌、病毒等病原微生物杀灭。结构简单、体积小、重量轻。但CN2020201959153采用紫外灯管，紫外灯管体积大且易碎，在使用上不方便，压力传感器也非最佳的驱动光源方式。

应用于杀菌消毒的人造紫外光源（紫外灯）主要在短紫外（200 ～280nm ），也常称为深紫外。UVC波段波长短，能量高，短时间内破坏微生物机体(细菌、病毒等病原体)细胞中分子结构，通过破坏微生物的DNA和RNA阻止其繁殖，可以实现高效快速的广谱杀菌效果，从而对水、空气和物体表面进行杀菌消毒，使细胞无法再生。一般用于灭菌的紫外线波长是220-280nm，灭菌力最强的是254-270nm的紫外线。

参考资料：

1、王琛,王韵阳,王颜刚.LED紫外线灯对足部感染指标菌的杀菌效果研究[J].中国现代医生,2017,55(03):117-119.

2、夏冠英炫,鲁晓晴,陈瑶瑶,许琪,李万通.LED紫外线灯杀菌效果试验研究[J].中国消毒学杂志,2017,34(01):1-2.

3、方方,林凯旋,吕善斌,徐婷婷,罗煜辉,梁为庆,邬晶,罗小亮,陈嘉敏.UV LED紫外线杀菌效果的评估[J].照明工程学报,2020,31(01):9-10.

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种鞋底消毒杀菌（也包括对病毒的杀灭）装置，能够将鞋底进行紫外线照射，将鞋底上的细菌、病毒等微生物杀灭减活，而且使用上高效方便。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是，一种鞋底消毒杀菌装置，包括（一般为长方形）箱体外壳、脚踏平板、透紫外线的石英玻璃，紫外线光源与电源、红外传感器、电源开关，脚踏平板，脚踏平板为长方形板状结构，安装在箱体外壳的上表面，脚踏平板平面上设有一对与鞋底面积相同的长方形石英玻璃作为紫外出光窗口，每个与鞋底面积相同的长方形石英玻璃下为深紫外LED光芯板，所述深紫外LED光芯板为均匀分布安装在PCB板上30-80只深紫外LED光芯，深紫外LED光芯覆盖鞋底的矩形面积，深紫外LED光芯峰值波长为250-275nm；每只深紫外LED功率的大于25mW, 紫外线光源电源为驱动深紫外LED功率的电源。

设有红外线（或光敏）感应二极管, 一对与鞋底面积相同的长方形石英玻璃的下表面或脚踏平板的下左右侧部,即在每块长方形石英玻璃的脚形鞋底的外侧。

本实用新型的原理是通过紫外线照射的物理灭菌作用，将鞋底上的细菌、病毒等病原微生物杀灭，使鞋底上基本上无细菌、病毒等病原微生物。目前监测深紫外线杀菌效果的主要指标是：辐射强度（W/cm²）、辐射剂量（J/cm²）。紫外线消毒效果关键取决于微生物所接收到的紫外线总能量。

辐射剂量（J/cm²）= 辐射强度（W/m² /cm²）x 辐射时长（s）

辐射强度（W/cm²）表示为单位面积所接受到的光辐射功率，在深紫外线光源不变的条件下，辐射距离与辐射强度成反比，即随着距离加大辐射强度减弱。本实用新型紫外光芯距离鞋底的距离在1厘米之内。

有益效果：深紫外LED灯因为其独特的优势，近年来在传统汞灯为主要光源的紫外消毒领域，异军突起受到了越来越多的关注和应用。深紫外LED与传统的紫外汞灯相比优缺势主要表现为：(1)高效：单位面积的光强超过汞灯的1000 倍。比如单颗LED的发光面积仅仅为0.3 mm x 0.3 mm但光功率大于1 mW,而汞灯在如此小的面积上 发出的光功率不到1mW。(2)环保：半导体材料无毒无害，紫外LED也不含任何有毒物质。控制汞的危害已是全球共识，寻找紫外线汞灯的替代光源是必然趋势。(3)节能：比起传统紫外线灯，由于采用了发光二极管为光源，降低了杀菌灯的功耗，在提高杀菌能力的同时，更为节能，耗能仅是汞灯的1/10。(4)可靠：体现在开关特性和使用寿命可智能控制方面。由于LED的发光特性，脉冲式的开关对 LED的寿命没有任何影响，而汞灯的开关则直接影响其寿命。(5)传统的紫外线是低压和中压汞灯，易碎、 启动电压大等不足， 而深-LED具有体积小、低启动电压、 抗冲击和震动的特点。

针对本申请所要设计的鞋底杀菌装置的实际应用需求：表面杀菌，辐射面积小，无限次的开关，安全要求高，易于搬动等。深紫外LED相比传统的紫外线灯更加适合鞋底杀菌装置。

本实用新型的杀菌消毒的有效性：30S内灭活99.9%以上绝大数常见细菌；安全性：加强电气安全及避免紫外线对人体的伤害；可靠性：常时间连续工作不宕机，使用简单方便；经济性：制造成本低

本实用新型深紫外线杀菌属于纯物理消毒杀菌装置，具有简单便捷、广谱高效、无二次污染、便于管理和实现自动化等优点。虽然深紫外消毒杀菌方式相比于化学消毒杀菌，物理消毒杀菌方式，具有对人体的伤害相对较小，且不存在二次污染等优点，控制辐射剂量（J/cm²）——单位面积一定时间内所接受到的累积光能量，在紫外剂量充足的条件下，失活的病毒细菌不会复活，但剂量不足时，许多被紫外线照射失活的病毒细菌可通过光的协助作用修复自身被破坏的结构。依据以上公式可看出高辐射强度短时间或低辐射强度长时间均能获得同样的辐射剂量以达到消毒杀菌目的。

附图说明

图1为本实用新型的纵截面结构（左A加右B一对脚踏平板及深紫外LED光芯板）示意图；

图2为本实用新型的光芯板（左或右）结构示意图；

图3为图2的每只LED光芯的辐照范围示意图，图中黑点为深紫外LED光芯。

实施方式

如图所示，箱体外壳是一金属框，脚踏平板嵌于金属框上表面，脚踏平板的设置：深紫外线对物体穿透力不强，有些可见光能透过的物体,紫外线是不能透过的,如玻璃、糊窗纸、尘土等都能阻挡紫外线的透过,而影响其杀菌作用，但石英玻璃在紫外线到红外线的整个光谱波段都有较好的透光性能，可见光透过率在93%以上，所以装置脚踏平板我们选择了承重达150KG石英玻璃1。

深紫外LED光芯板（光源板）：PCB板的形状为矩形，面积略大于鞋底，每行5颗光芯3，每鞋底12行光芯，光芯3之间相隔2.5cm，共60颗紫外LED光芯（对于30mW光芯，11行且每行4颗亦可），每鞋底光芯板宽12.5cm,长30 cm。深紫外LED光芯峰值波长为265nm,每只深紫外LED功率的30mW。

理论上单颗光芯辐射面6cm²，考虑实际光芯辐射面相互重叠，所以组成光芯板后实际平均单颗辐射面在4.5 cm²，这样辐射强度增强，但是由于深紫外线穿透石英玻璃脚踏平板后辐射也会相应减弱，所以辐射强度还是能在5 mW/cm²上下或更高。

感应触发：深紫外线虽然穿透力不强，但长时间辐射人体会损伤的是人体表面的皮肤、眼睛等。所以在装置上安装了简单可靠的红外线感应二极管， 当人们站置于脚踏平板上时红外二极管收到感应触发鞋底紫外灯工作（通过触发固态开关控制深紫外LED电源的），每个鞋底的LED光芯板单独控制，当人站上脚踏平板时，红外线感应二极管作为传感开关开通电源，紫外LED光芯板点亮，紫外灯只是辐照鞋底，遮掩住紫外光不会漏出；当人离开脚踏平板上时电源断开使鞋底紫外灯停止工作。 这样就简单且方便地避免了紫外灯对人体的辐射的伤害。也可采用光敏电阻模块，如采用1路或2路带继电器光敏电阻模块——光敏电阻5506。

LED电源即稳压电源：根据我们选择的斯坦雷电气（Stanley）深紫外265nm 深紫外30mW光功率产品，电功率为1.5W，这样每鞋底60颗光芯需要稳压电源90W，考虑电源冗余采用2个100W的稳压电源分别给2只鞋底光芯板供电。

散热：二个光芯板120颗光芯工作时功率部分转化为光功率，但是大多数转化为热能，所以外壳四周分别安装了散热装置。

采用斯坦雷（Stanley）电气公司265nm LED（其它公司亦有此规格产品），实施例选择的是光功率30mW产品。根据斯坦雷电气基于以上产品给出的设计数据：30mW光功率120度照射单个光芯距离目标照射面2cm以内辐射强度无衰减，距离目标照射面2cm辐射面积大约6cm²。本实用新型实际距离目标照射面1cm左右或略多（紫外光芯与鞋底的距离），以单个光芯光功率30mW距离目标2cm辐射面积大约6cm²，辐射强度为：30Mw/cm²÷6cm²=5mW/ cm²。

以照射30S为例，辐射剂量为：5mW/ cm²×30S=150mJ/cm²

就以上理论计算的5mW/ cm²的辐射强度，10S以内能灭活绝大数常见细菌病菌微生物，30S以内能灭活除个别外几乎所有常见细菌病菌微生物。

就260 cm²鞋底面积单个或几个光芯显然不能满足辐射强度，理论需要光芯数量为：

260 cm²÷6cm²=44。

但是实际制作方案还要考虑以下因素：鞋底面均匀辐射，光芯照射面相互重叠。所以按照以上因素进行了光芯排布组成光芯板。

脚踏平板如采用3毫米左右厚度的石英玻璃，并不耐150KG,则深紫外LED光芯管下半截安装在硅胶板4开设的孔内。深紫外LED光芯板表面设有带孔硅胶板，硅胶板厚度大于深紫外LED光芯管的直立高度,硅胶板上的容纳深紫外LED光芯，装在箱体外壳中央隔层的钢托板5上，用于承重, 箱体外壳中央隔层的钢板的下方部位6安装电源。红外线感应二极管可以如深紫外LED光芯管一道安装或卧式安装. 钢托板下部空间可以安装电源与固态开关，并安装散热风扇。

本实用新型所设计的深紫外LED鞋底消毒杀菌装置是申请人与发明人参与上海市中学生创新比赛的设计。采用日本斯坦雷电气（Stanley）深紫外265nm 30mW光功率120度（光发射角）60颗LED光芯，鞋底辐射强度达5mW/cm², 10S以内能灭活绝大数常见细菌病菌微生物，30S以内能灭活除个别外几乎所有常见细菌、病毒微生物。采用红外线感应装置2，人站于装置即工作，人离开于装置即停止工作，安全高效。使用简单只要接上电源立即就可以工作，可以放置于如教室，影院，商场等公共场所入口处，使用者只要站立于装置上，就不知不觉完成安全高效的鞋底杀菌，从而能够保护室内的清洁。杜绝从鞋底进入室内的常见细菌、病毒微生物。

Claims (4)

1.一种LED紫外鞋底即时消毒杀菌装置，其特征是，包括箱体外壳、脚踏平板、透紫外线的石英玻璃，紫外线光源与电源、红外传感器、电源开关，脚踏平板，脚踏平板为长方形板状结构，安装在箱体外壳的上表面，脚踏平板平面上设有一对与鞋底面积相同的长方形石英玻璃作为紫外出光窗口，每个与鞋底面积相同的长方形石英玻璃下为深紫外LED光芯板，所述深紫外LED光芯板为均匀分布安装在PCB板上30-80只深紫外LED光芯，深紫外LED光芯覆盖鞋底的矩形面积，深紫外LED光芯峰值波长为250-275nm；每只深紫外LED功率的大于25mW, 紫外线光源电源为驱动深紫外LED功率的电源。

2.根据权利要求1所述的LED紫外鞋底即时消毒杀菌装置，其特征是，设有红外线感应二极管,设置在每块长方形石英玻璃的脚形鞋底的外侧。

3.根据权利要求1所述的LED紫外鞋底即时消毒杀菌装置，其特征是，脚踏平板采用3毫米石英玻璃，深紫外LED光芯管下半截安装在硅胶板开设的孔内；硅胶板上的容纳深紫外LED光芯，装在箱体外壳中央隔层的钢托板上用于承重, 箱体外壳中央隔层的钢板的下方安装电源。

4.根据权利要求1所述的LED紫外鞋底即时消毒杀菌装置，其特征是，所述深紫外LED光芯板为均匀分布安装在PCB板上12行、每行5光芯的共60只深紫外LED光芯，深紫外LED光芯峰值波长为265nm,每只深紫外LED功率的30mW。

Images