阅读说明：本技术 一种新型低温等离子体空气消毒装置 (Novel low-temperature plasma air disinfection device ) 是由 张伟 张正韬 于 2020-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型低温等离子体空气消毒装置,包括低温等离子体发生器、空气环境传感器、智能处理器和电源；空气环境传感器用于检测环境中活性物质的浓度；智能处理器读取所述空气环境传感器检测的数据,调整电源对低温等离子体发生器的输入电压和脉冲频率,以使环境中的臭氧浓度低于预设的最高臭氧浓度。本发明能够可根据氧气与氮气分子质量不同和电离能不同的特性,通过智能处理器和空气环境传感器,智能调整并监控室内臭氧的浓度在安全范围,产生的氮氧化物有害产物少,不会出现高致癌毒性的氮氧化物集聚现象,克服了以自然空气为原料电离时衍生致癌性氮氧化物副产物的问题。(The invention discloses a novel low-temperature plasma air disinfection device, which comprises a low-temperature plasma generator, an air environment sensor, an intelligent processor and a power supply, wherein the low-temperature plasma generator is connected with the air environment sensor; the air environment sensor is used for detecting the concentration of an active substance in the environment; and the intelligent processor reads the data detected by the air environment sensor and adjusts the input voltage and pulse frequency of the power supply to the low-temperature plasma generator so as to enable the concentration of ozone in the environment to be lower than the preset highest ozone concentration. The invention can intelligently adjust and monitor the concentration of the indoor ozone within a safe range through the intelligent processor and the air environment sensor according to the characteristics of different molecular masses and different ionization energies of oxygen and nitrogen, the generated harmful products of the nitrogen oxide are few, the nitrogen oxide aggregation phenomenon with high carcinogenic toxicity can not occur, and the problem of generating carcinogenic nitrogen oxide byproducts when natural air is used as a raw material for ionization is solved.)

一种新型低温等离子体空气消毒装置

技术领域

本发明涉及等离子体消毒技术领域，具体为一种新型低温等离子体空气消毒装置。

背景技术

低温等离子体消毒作为一种新型的空气消毒技术，具有消毒效果强，作用时间短，环保安全，低能耗，使用寿命长等特点。等离子体是指空气电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，被视为是物质除固体、液体、气体外的第四种形态，其对外呈现电中性。低温等离子发生器同时产生的正离子与负离子在空气中进行正负电荷中和的瞬间产生巨大的能量释放，导致其周围细菌结构的改变而致使细菌死亡，从而实现其杀菌的作用。由于负离子的数量大于正离子的数量，因此多余的负离子仍然飘浮在空气中，可以达到消除室内烟气、苯、甲醛、氨气等，从而消除异味、改善空气的品质。低温等离子体中含有大量的活性氧组分，如单原子氧(-O)、臭氧(O₃)、中性亚稳态氧分子、氢氧自由基(-OH)等，其中O₃等气体成分能迅速弥漫到整个灭菌空间，灭菌无死角，O₃由于稳定性差，很快会自行分解为氧气或单个氧原子，而单个氧原子能自行结合成氧分子，氢氧自由基灭菌产物为水分子和氧分子，无毒害物质残留，臭氧浓度低于人体允许接触的限值时，不会对人体产生危害。低温等离子体宏观温度低，接近室温，采用低温等离子进行空气消毒，完全可以在有人的情况下使用，实现“边工作边消毒”，持续对室内空气进行动态消毒净化，阻止病菌繁殖再生。等离子体消毒与其他电化学消毒方法相比，具有操作简单、消毒效率高、能耗低，相对更安全等技术优势。

实现动态消毒的关键核心是所释放的消毒因子不能对人体形成伤害，即不能出现毒性物质，或低毒可控。氮氧化物是目前国际卫生组织公认的致癌物质，现有技术中的臭氧发生器利用空气作为原材料，运用高压电离产生臭氧的同时，也会产生大量的氮氧化物。

因此，如何制作出一种能够不产生氮氧化物的臭氧发生器是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型低温等离子体空气消毒装置，能够可根据氧气与氮气分子质量不同和电离能不同的特性，通过智能处理器和空气环境传感器，智能调整并监控室内臭氧的浓度在安全范围，产生的氮氧化物有害产物极少，不会出现高致癌毒性的氮氧化物集聚现象，克服了以自然空气为原料电离时衍生致癌性氮氧化物副产物的问题，可以解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种新型低温等离子体空气消毒装置，包括低温等离子体发生器、空气环境传感器、智能处理器和电源，所述电源分别与所述低温等离子体发生器、空气环境传感器和智能处理器电性连接，所述智能处理器与所述空气环境传感器电性连接；

所述空气环境传感器用于检测环境中活性物质的浓度；

所述智能处理器读取所述空气环境传感器检测的数据，调整所述电源对所述低温等离子体发生器的输入电压和脉冲频率，以使环境中的臭氧浓度低于预设的最高臭氧浓度。

优选的，当所述空气环境传感器检测到环境中的臭氧浓度不低于预设的最高臭氧浓度时，所述智能处理器停止所述电源对所述低温等离子体发生器的供电。

低温等离子体中活性物质的数量和输入电压功率和脉冲波形密切相关，对特定的介质阻挡放电反应器需要有对应的电压波形来匹配以达到最佳的臭氧产率和同时不产生氮氧化物的匹配值。本装置根据氧气与氮气分子质量不同和电离能不同的特性，通过调整放电工艺参数，精准地在制造出氮氧化物极微的高纯度臭氧。

优选的，所述低温等离子体发生器包括两个并排设置的同轴圆筒电极，所述同轴圆筒电极的外壁为石英介质，所述同轴圆筒电极的内部填充有合金电极材料，所述石英介质和合金电极材料同轴无缝隙设置。同轴圆筒电极的外壁采用高阻抗的石英介质封闭电极，形成石英介质阻挡的丝状放电，放电电压仅为2000伏特，放电火花能小、安全性高，体积小。

优选的，两个所述同轴圆筒电极平行设置，构成介质阻挡放电。

优选的，所述同轴圆筒电极的一端由石英介质封闭，另一端延伸至所述同轴圆筒电极的外侧与所述电源连接。

优选的，所述合金电极材料为钛合金。钛合金具有较高的硬度，不会导致同轴圆筒电极外壁的石英介质破碎，并且具有防腐的有点，适用于海洋等极端环境。

优选的，所述新型低温等离子体空气消毒装置还包括散热装置，所述散热装置用于给所述低温等离子体发生器散热，所述散热装置与所述电源电性连接。

优选的，所述散热装置为风扇。

优选的，所述新型低温等离子体空气消毒装置还包括WIFI模块，所述WIFI模块与所述智能处理器电性连接。通过WIFI模块将数据上传后台可同时进行大数据分析，实现双向并行低进行精准防范和精准消毒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明能够可根据氧气与氮气分子质量不同和电离能不同的特性，通过智能处理器和空气环境传感器，智能调整并监控室内臭氧的浓度在安全范围。同时通过调整放电电压，使得氮氧化物有害产物极微，不会出现高致癌毒性的氮氧化物集聚现象，克服了以自然空气为原料电离时衍生致癌性氮氧化物副产物的问题。

(2)本发明通过石英介质阻挡放电产生多种带电粒子和活性氧组分的消毒因子，其中能量较高的带电粒子可击穿细菌等微生物外部结构，而活性氧组分可与细菌等微生物外部结构中蛋白质、核酸、脂质等大分子反应，产生刻蚀作用破坏破坏微生物膜的结构，改变细胞的通透性致使细胞彻底死亡。对于病毒而言，具有强氧化作用的粒子会破坏病毒的外层蛋白衣壳，与中心核酸作用，导致病毒死亡。

(3)本发明采用同轴圆筒电极，同轴圆筒电极的外壁采用高阻抗的石英介质封闭电极，两个同轴圆筒电极平行设置，形成石英介质阻挡的丝状放电，放电电压仅为2000伏特，放电火花能小、安全性高，体积小。

(4)本发明采用了智能化“监、控、治”一体的集成设计，其中低温等离子体发生器是采用了微制造技术的高效消毒治理执行单元，其作用是释放出大量的“消毒因子”实现环境消毒和空气洁净；空气环境传感器采用MAMS技术，精确感知空气中挥发性有机物、温湿度、二氧化碳、臭氧、氮氧化物的浓度数据，通过模/数转换和底层嵌入式软件运算分析后，可对现场人群流量、细菌病毒滋生环境、挥发性有机物浓度、消毒因子释放浓度当量进行识别和配比，形成智能化安全消毒的闭环系统；由于设备采用的是微制造和集成化技术，耗能低，效率高，采用锂电池经充电后能在240m3环境内连续消毒6小时以上，能应用在更严苛环境。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的低温等离子体发生器的结构示意图；

图3为本发明的同轴圆筒电极的正视图；

图4为本发明的同轴圆筒电极的剖视图。

图中：1、低温等离子体发生器；2、空气环境传感器；3、智能处理器；4、散热装置；5、电源；6、WIFI模块；7、同轴圆筒电极；8、石英介质；9、合金电极材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本实施例的新型低温等离子体空气消毒装置的结构框图，包括低温等离子体发生器1、空气环境传感器2、智能处理器3、散热装置4和电源5；电源5分别与低温等离子体发生器1、空气环境传感器2和智能处理器3电性连接，智能处理器3与空气环境传感器2电性连接；

空气环境传感器2用于检测环境中活性物质的浓度。

智能处理器3读取空气环境传感器2检测的数据，调整电源5对低温等离子体发生器1的输入电压和脉冲频率，以使环境中的臭氧浓度低于预设的最高臭氧浓度。

当空气环境传感器2检测到环境中的臭氧浓度不低于预设的最高臭氧浓度时，智能处理器3停止电源5对低温等离子体发生器1的供电。

低温等离子体中活性物质的数量和输入电压功率和脉冲波形密切相关，对特定的介质阻挡放电反应器需要有对应的电压波形来匹配以达到最佳的臭氧产率。本装置根据氧气与氮气分子质量不同和电离能不同的特性，通过调整放电工艺参数，精准地在制造出氮氧化物极微的高纯度臭氧。

低温等离子体发生器1包括两个并排设置的同轴圆筒电极7，同轴圆筒电极7的外壁为石英介质8，同轴圆筒电极7的内部填充有合金电极材料9，石英介质8和合金电极材料9同轴无缝隙设置，同轴圆筒电极7的一端由石英介质5封闭，另一端的合金电极材料9延伸至同轴圆筒电极7的外侧与电源5连接进行供电。同轴圆筒电极7的外壁采用高阻抗的石英介质8封闭电极，两个同轴圆筒电极7平行设置，形成石英介质8阻挡的丝状放电，放电电压仅为2000伏特，放电火花能小、安全性高，体积小。

在一较佳地实施例中，合金电极材料9为钛合金。钛合金具有较高的硬度，不会导致同轴圆筒电极7外壁的石英介质8破碎，并且具有防腐的有点，适用于海洋等极端环境。

散热装置4用于给低温等离子体发生器1散热。较佳地，所述散热装置4为风扇。

在一较佳地实施例中，所述新型低温等离子体空气消毒装置还包括WIFI模块6，所述WIFI模块6与所述智能处理器3电性连接。通过WIFI模块6将数据上传后台可同时进行大数据分析，实现双向并行低进行精准防范和精准消毒。

实施例1与某传统电晕放电臭氧发生体产生的臭氧浓度和有害氮氧化物浓度测试

采用上海伟泰泵吸式WT80系列检测仪在装置出风口进行测量。

表1氮氧化物有害衍生物浓度检测分析表

从表1的对比数据可以看出，与当前同类电化学法消毒设备相比，本新型低温等离子体空气消毒装置氮氧化物有害产物少，不会出现高致癌毒性的氮氧化物集聚现象，克服了以自然空气为原料电离时衍生致癌性氮氧化物副产物的问题。另外微量的臭氧也拥有较好的生物安全性，国家***规定空气中臭氧最高允许浓度为0.3mg/m³(0.15ppm)，劳动法规定浓度O.1ppm为臭氧的安全浓度，在此安全浓度下，工人连续工作不能大于十个小时。人体在臭氧浓度在0.15ppm以下时，如在电梯、室内等公共环境内短时间接触臭氧不会对人体有任何影响和损害，本领域技术人员可根据需要设置最高臭氧浓度，最高臭氧浓度应不高于O.1ppm-0.15ppm。

实施例2本新型低温等离子体空气消毒装置与紫外灯消毒能耗对比

表2与紫外线灯消毒的耗能对比

从表2的对比数据可以看出，本新型低温等离子体空气消毒装置的耗能仅是紫外线消毒耗能的3％，能耗低。

实施例3细菌病毒空气消毒测试

经广东省微生物检测中心依据国家***《消毒技术规范》2002年版3.1测试规范测试。

表3细菌病毒空气消毒测试报告结果

测试数据如表3所示，证明本新型低温等离子体空气消毒装置对所测空气中的细菌病毒均具有明显消毒灭活效果。

实施例4空气与物体表面消毒现场测试

在某医疗器械生产企业的洁净车间物体表面(以培养皿表面为模拟状态)，应用本新型低温等离子体空气消毒装置进行动态消毒的实际现场环境下，依据《中华人民共和国药典》(2015版)，采用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行现场消毒功效的测试。

表4培养皿表面实验测试数据分析

测试数据如表4所示，证明本新型低温等离子体空气消毒装置在动态消毒的实际现场环境下具有明显的杀菌效果。

实施例5室内空间物品消毒测试

对D级环境下的洗衣间内的3件洁净服进行消毒，用棉签分别涂擦洁净服的领口、袖口和脚口部位，取样面积25cm2，在实验温度为23.5℃，湿度56％RH，房间体积24m3的条件下观察微生物的生长情况。

表5对洗衣间内洁净服的消毒效果

测试数据如表5所示，证明本新型低温等离子体空气消毒装置对D级环境下的洗衣间内的也具有明显的消毒效果。

综上，本新型低温等离子体空气消毒装置产生的氮氧化物有害产物少，不会出现高致癌毒性的氮氧化物集聚现象，克服了以自然空气为原料电离时衍生致癌性氮氧化物副产物的问题。

本新型低温等离子体空气消毒装置具有作用时间短、没有毒性副产物、可以在室温常压下持续动态的进行消毒的特点，可以广谱、高效地灭活细菌病毒，由于等离子体不形成有毒物质,没有任何毒性物质残留,且在切断电源后残留的活性粒子能够很快降解，具有良好的安全性。本新型低温等离子消毒装置对人体和环境内设施的基本不产生不良影响，因此可用于有人活动的环境如医院手术室、ICU以及学校、商场、电梯、地铁公交等人员密集的公共环境进行持续开机消毒净化,降低动态环境的微生物数量,大幅降低细菌病毒在人群中传播和感染的机率，对预防和控制医院感染和流行病传播具有重要意义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。