一种等离子体空气消杀处理装置
技术领域
本发明属于空气消毒领域，具体涉及一种等离子体空气消杀处理装置。
背景技术
众所周知，在传染病病房、生物实验室、半导体生产车间以及太空舱、潜艇等密闭空间或相对密闭的空间，基本都无法进行新风交换，因此在这些密闭空间或相对密闭的空间，如果存在细菌或传染性病毒则会产生巨大危害。目前，对封闭空间的空气消毒净化方法主要有消毒剂喷撒法、紫外线照射法、低温等离子体法和纳米光催化氧化法等。其中，低温等离子体法以其独特优势成为产业的重点。基于低温等离子体技术的室内空气净化装置研究较多，大部分是由抽风系统、过滤层、吸附层、等离子体处理区域和催化剂层等组成。然而，现有技术更多的是去除尘土或者甲醛等气体，并不能有效杀灭细菌或病毒。若想杀灭细菌和病毒，则需要利用等离子体产生大量的臭氧，这会引起环境的二次污染，并对人体产生副作用。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明提出一种等离子体消杀设备和方法。
本发明一个方面提供一种空气处理装置，其包括壳体，所述壳体上设置有进气口和出气口，并在壳体内形成气体通道，沿着自进气口至出气口的气体通道上依次设置有等离子体发生组件和收集灭菌杀毒装置；
所述空气处理装置还包括控制组件、电气组件、风机组件；
所述的等离子体发生组件为低温等离子体发生装置；所述低温等离子体发生装置能够产生等离子体，并通过低温等离子体放电产生臭氧；
所述收集灭菌杀毒装置为反电晕放电装置；
所述电气组件为空气处理装置提供电能；
所述的风机组件提供动力，引导空气从进气口进入，并依次通过等离子体发生组件以及收集灭菌杀毒装置直至出气口；
所述控制组件包括控制器；控制器包括等离子体发生组件控制器、收集灭菌杀毒装置控制器和风机组件控制器；所述等离子体发生组件控制器、收集灭菌杀毒装置控制器和风机组件控制器能够通过控制对电气组件的控制实现对于等离子体发生组件、收集灭菌杀毒装置和风机组件的控制；
所述反电晕放电装置包括阴极和阳极，阴极为铜丝或铜针，阳极为负载金属氧化物颗粒层的板或负载金属氧化物颗粒层的蜂窝状材料，阴极上加载直流电形成放电。
在本发明的技术方案中，金属氧化物颗粒层中的金属氧化物颗粒为银的氧化物颗粒、铜的氧化物颗粒或其组合物，优选为氧化银颗粒。
在本发明的技术方案中，所述低温等离子体发生装置配置为介质阻挡放电装置、大气压辉光放电装置、直流辉光放电装置、射频电容耦合放电装置、脉冲辉光放电装置；优选为介质阻挡放电装置。
在本发明的技术方案中，所述低温等离子体发生装置配置为具有强放电模式和弱放电模式。
在本发明的技术方案中，所述强放电模式为低温等离子体发生装置能够产生20mg/m3以上的臭氧浓度；弱放电模式为低温等离子体发生装置产生≦0.16mg/m3以下的臭氧浓度。
在本发明的技术方案中，电气组件包括高压交流供电模块和高压直流供电模块，所述的高压交流模块用于激发低温等离子体发生装置，所述的高压直流模块用于激发收集灭菌杀毒装置。
在本发明的技术方案中，所述控制组件还包括传感器，所述传感器设置在出气口处，包括臭氧传感器和红外传感器。
在本发明的技术方案中，风机组件还包括设置在出气口的循环空气组件和循环通路，所述循环空气组件设置为控制出气口的开启和关闭；循环通路为自出气口处至等离子体发生组件的通道。
在本发明的技术方案中，所述等离子体发生组件控制器、收集灭菌杀毒装置控制器和风机组件控制器能够通过对电气组件的控制实现对于等离子体发生组件、收集灭菌杀毒装置和风机组件的开启、关闭或等离子体发生组件放电强弱的调节。
在本发明的技术方案中，风机组件控制器配置为当臭氧传感器和红外传感器检测结果高于阈值时，循环空气组件关闭出气口，当臭氧传感器和红外传感器检测结果低于阈值时，循环空气组件开启出气口。
在本发明的技术方案中，等离子体发生组件控制器和收集灭菌杀毒装置控制器能够单独分别控制或为组合控制，所述组合控制包括以下模式：1)等离子体发生组件开启，且为强放电，收集灭菌杀毒装置开启；2)等离子体发生组件开启，且为弱放电，收集灭菌杀毒装置开启。
当外部环境为无人环境时，等离子体设备启用短时快速消杀模式，臭氧发生器和收集灭菌杀毒器同时工作，且介质阻挡放电为强放电，产生高浓度的臭氧来进行消毒。所述的臭氧浓度≧20mg/m3。
当外部环境为有人环境时，等离子体设备启用不间断净化模式，臭氧发生器和收集灭菌杀毒器同时工作，且介质阻挡放电为弱放电，产生低浓度的臭氧。所述的臭氧浓度≦0.16mg/m3。
有益效果
1)本发明采用反电晕放电和介质阻挡放电结合方式用于空气的灭菌消毒。特别是，通过对两种放电模式的设计，可以根据处理环境中是否有人进行调节，避免了等离子体产生的过多臭氧对人体和环境产生的副作用。
2)本发明的空气设备的等离子体发生装置配置为具有强放电和弱放电两种模式，相比传统的全程放电装置显著降低了能耗。
3)本发明通过对反电晕放电装置的设计，在有人环境时，利用阳极和阴极的金属材料放电产生的纳米金属颗粒将收集到的含有细菌或病毒的气凝胶等微颗粒进行消杀；同时，反电晕放电装置的长时间持续工作，阳极上的氧化铜会产生高温，进一步使得吸附的细菌和病毒失活。
4)本发明装置可以用于医院、实验室等对于病毒微生物需求更高的场所，在保证空气净化效果的同时，具有安全环保等特性。
与现有技术相比，本发明提供一种高效低耗的空气消杀技术，该设备结构简单、可制备成可移动小型设备，也可以作为新风系统的一部分。本发明的方案节能环保、无化学品存在，对于病毒和细菌的消杀去除率高可应用于密闭环境的污染源的消除与控制，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述的一种空气处理装置结构示意图。
其中：1-进气口、2-高压交流供电模块、3-等离子体发生组件、4-高压直流供电模块、5-收集灭菌杀毒装置、6-风机组件、7-出气口、8壳体。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明的一些实施例中具体提供了一种空气处理装置，其包括壳体，所述壳体上设置有进气口和出气口，并在壳体内形成气体通道，沿着自进气口至出气口的气体通道上依次设置有等离子发生组件和收集灭菌杀毒装置；
所述空气处理装置还包括控制组件、电气组件、风机组件。
在本发明的实施例中，所述的等离子体发生组件为低温等离子体发生装置，所述低温等离子体发生装置能够产生等离子体，并通过低温等离子体放电产生臭氧。所述的低温等离子体发生装置优选为介质阻挡放电装置、大气压辉光放电装置、直流辉光放电装置、射频电容耦合放电装置、脉冲辉光放电装置。优选为介质阻挡放电装置。
在本发明一些优选实施例中，低温等离子体发生装置通过电气组件提供电能，当低温等离子体发生装置选自介质阻挡放电装置或大气压辉光放电装置时，电气组件为高压交流供电模块。
在本发明一些优选实施例中，所述低温等离子体发生装置配置为具有强放电模式和弱放电模式。所述的强放电模式和弱放电模式可以通过本领域已知的任何方法实现，例如，通过调节放电间隙、调节电气组件提供的电压和频率。其中采用强放电模式时，产生的臭氧浓度≧20mg/m3，采用弱放电模式时产生的臭氧浓度≦0.16mg/m3。
在本发明的实施例中，收集灭菌消毒装置为反电晕放电装置。反电晕放电装置包括阴极和阳极，阴极为铜丝或铜针，阳极为负载金属氧化物颗粒层的板或负载金属氧化物颗粒层的蜂窝状材料，阴极上加载直流电形成放电，产生的电荷在金属氧化物颗粒层中累积，从而在金属氧化物颗粒层中形成电场，随着电场强度的增加，金属氧化物颗粒层气体被击穿，产生反电晕放电，进而产生高密度等离子体。同时，阴极由于放电会激发出具有抗菌能力的纳米氧化铜颗粒。此外，由于阴极放电使空气中的颗粒物，例如粉尘或载有病原微生物的气凝胶等，附带上电荷向正极富集，在低温等离子体发生装置中未杀灭的微生物，在富集的同时被阳极反电晕放电产生的等离子体和阳极中的纳米银、纳米铜颗粒共同灭杀。进一步地，有人环境时，等离子体设备启用不间断净化模式，反电晕放电装置经过长时间的放电，阳极上的氧化铜会产生高温，同样会使得附着的细菌或病毒失活。
在本发明的实施例中，金属氧化物颗粒层中的金属氧化物颗粒为银的氧化物颗粒、铜的氧化物颗粒或其组合物，优选为氧化银颗粒。
在本发明的实施例中，所述蜂窝状材料为金属氧化物的蜂窝载体，优选为氧化铜的蜂窝载体。
在本发明的实施例中，反电晕放电装置中施加的电压为20kV以上，优选为25-40kV。
在本发明的实施例中，等离子体发生组件与收集灭菌杀毒装置通过气体通道上连接，使气体通过等离子体发生组件后进入收集灭菌杀毒装置。
在本发明的实施例中，所述电气组件为空气处理装置提供电能。
在一些优选的实施例中，电气组件为等离子体发生组件、收集灭菌杀毒装置、控制组件、风机组件提供电能。
在一些优选的实施例中，电气组件包括高压交流供电模块和高压直流供电模块，所述的高压交流模块用于激发低温等离子体发生装置，所述的高压直流模块用于激发收集灭菌杀毒装置。
在一些优选的实施例中，高压交流模块提供的电压能够通过控制组件调节。
在本发明的实施例中，所述的风机组件提供动力，引导空气从进气口进入，并依次通过等离子体发生组件以及收集灭菌杀毒装置直至出气口。
在本发明的实施例中，所述的风机组件设置于空气处理装置的出气口。
在一些优选的实施例中，风机组件还包括设置在出气口的循环空气组件和循环通路，所述循环空气组件设置为控制出气口的开启和关闭。循环通路为提供自出气口处至等离子体发生组件的通道。当出气口关闭时，空气通过循环通路返回等离子体发生组件。当出气口开启时，空气通过出气口排出。
在本发明的实施例中，所述控制组件包括传感器和控制器。
在本发明一些优选的实施例中，所述传感器设置在出气口处，包括臭氧传感器和红外传感器，臭氧用于监控待放出气体的臭氧浓度，红外传感器用于监控待放出气体的颗粒浓度。
在本发明的实施例中，控制器包括等离子体发生组件控制器、收集灭菌杀毒装置控制器和风机组件控制器。所述等离子体发生组件控制器、收集灭菌杀毒装置控制器和风机组件控制器能够通过控制对电气组件的控制实现对于等离子体发生组件、收集灭菌杀毒装置和风机组件的开启、关闭或放电强弱的调节。
在本发明的实施例中，等离子体发生组件控制器和收集灭菌杀毒装置控制器能够单独分别控制。
在本发明的实施例中，等离子体发生组件控制器和收集灭菌杀毒装置控制器为组合控制，所述组合控制包括以下模式：1)等离子体发生组件开启，且为强放电，收集灭菌杀毒装置开启；2)等离子体发生组件开启，且为弱放电，收集灭菌杀毒装置开启。
上述不同模式的应用场景为，当无人状态下，需要进行环境消杀时，采用1)模式。当有人状态下，需要进行环境消杀时采用2)模式。
在本发明的实施例中，风机组件控制器能够控制风机的开启和关闭。
在一些优选的实施例中，风机组件控制器通过控制循环空气组件控制出气口的开启和关闭。风机组件控制器配置为当臭氧传感器和红外传感器检测结果高于阈值时，循环空气组件关闭出气口，当臭氧传感器和红外传感器检测结果低于阈值时，循环空气组件开启出气口。
在本发明的一些优选实施例中，所述的控制组件配置为能够自动调节控制器模式，通过识别器识别空气处理装置周围一定范围半径内(例如1-10m)是否移动物体，当出现移动物体时开启上述2)模式。当周围一定范围半径内(例如1-10m)一定时间(例如1小时)中未出现移动物体，自动调节到1)模式。本发明也可以采用手动方式调节各模式。
本发明空气处理装置的外壳上设置有控制按钮或智能显示屏，用于调节模式或控制各组件的开启和关闭。
本发明空气处理装置通过以下程序进行空气消杀：风机组件引导空气通过空气处理装置的进气口进入，通过等离子体发生组件时，等离子体发生组件激发等离子体，进而生成臭氧，等离子体和臭氧共同作用杀灭空气中的病毒、细菌等微生物。随后空气进入收集灭菌杀毒装置中，收集灭菌杀毒装置通过静电吸附将空气中的颗粒收集吸附到收集灭菌杀毒装置的极板上，收集灭菌杀毒装置中的反电晕放电装置放电生成的高密度等离子体能够进一步杀灭病毒、细菌等微生物，且纳米银和纳米铜颗粒以及高温会使细菌或病毒等微生物失活，空气得到净化，当空气到达出气口时，出气口处的臭氧传感器和红外传感器能够对于将排除的空气进行检测，如果空气中的臭氧和颗粒物未达到设定的阈值以下，则通过循环空气组件关闭出气口并通过循环通路使空气返回等离子体发生组件。如果空气中的臭氧和颗粒物达到设定的阈值以下，则空气通过出气口排出。
本发明的空气处理装置可以通过自动模式或手动模式调整，当采用自动模式时，其可以自动检测在规定范围内是否存在移动物体，如有移动物体，则等离子体发生组件采用弱放电模式，其产生的臭氧浓度≦0.16mg/m3。即有人情况下，可以自动降低臭氧的产生量，避免臭氧给人体带来的副作用，同时也避免由于臭氧浓度高导致出气口关闭，空气消杀效率低的问题。此外，弱放电还能够显著节约能耗。当在一定时间内检测不到移动物体时，空气处理装置自动切换到等离子体发生组件强放电模式，其产生的臭氧浓度≧20mg/m3。能够短时间内实现快速消杀病毒微生物的作用。
本发明还可以采用手动模式，能够分别调节等离子体发生组件、收集灭菌杀毒装置以及风机的开启和关闭，并调节等离子体发生组件的放电强度。
本发明的空气处理装置可以单独使用，也可以联合多个辅助系统实现智能自动化控制及反馈，具体不限于空气质量检测系统、远程控制系统、报警提醒系统等。
实施例1
图1为空气处理装置结构示意图。其中：1-进气口、2-高压交流供电模块、3-等离子体发生组件、4-高压直流供电模块、5-收集灭菌杀毒装置、6-风机组件、7-出气口、8-壳体。
下面结合附图对各部分结构进行说明。
本发明提供一种用于空气消杀的空气处理装置，其包括壳体8，所述壳体8上设置有进气口1和出气口7，并在壳体内形成气体通道，沿着自进气口1至出气口7的气体通道上依次设置有等离子体发生组件3和收集灭菌杀毒装置5；所述空气处理装置还包括控制组件、电气组件、风机组件6。所述的等离子体发生组件3为低温等离子体发生装置，所述低温等离子体发生装置能够产生等离子体，并通过低温等离子体放电产生臭氧。所述的低温等离子体发生装置优选为介质阻挡放电装置。低温等离子体发生装置通过电气组件提供电能，电气组件为高压交流供电模块。所述低温等离子体发生装置配置为具有强放电模式和弱放电模式。收集灭菌杀毒装置5为反电晕放电装置。反电晕放电装置包括阴极和阳极，阴极为铜针，阳极为氧化银颗粒颗粒层的蜂窝状材料，阴极上加载直流电形成放电，产生的电荷在氧化银颗粒层中累积，从而在氧化银颗粒层中形成电场，随着电场强度的增加，金属氧化物颗粒层气体被击穿，产生反电晕放电，进而产生高密度等离子体。同时，阴极由于放电会激发出具有抗菌能力的纳米氧化铜颗粒。此外，由于阴极放电使空气中的颗粒物，例如粉尘或载有病原微生物的气凝胶等，附带上电荷向正极富集，在低温等离子体发生装置中未杀灭的微生物，在富集的同时被阳极反电晕放电产生的等离子体和阳极中的纳米银、纳米铜颗粒共同灭杀。
等离子体发生组件3与收集灭菌杀毒装置5通过气体通道上连接，使气体通过等离子体发生组件后3进入收集灭菌杀毒装置5。电气组件为等离子体发生组件3、收集灭菌杀毒装置5、控制组件、风机组件6提供电能。所述的高压直流模块用于激发收集灭菌杀毒装置5。所述的风机组件6提供动力，引导空气从进气口1进入，并依次通过等离子体发生组件3以及收集灭菌杀毒装置5直至出气口7。所述的风机组件6设置于空气处理装置的出气口7。风机组件6还包括设置在出气口7的循环空气组件和循环通路，所述循环空气组件实现出气口的开启和关闭。循环通路提供自出气口7处至等离子体发生组件3的通道。当出气口1关闭时，空气通过循环通路返回等离子体发生组件。当出气口7开启时，空气通过出气口7排出。所述控制组件包括传感器和控制器。所述传感器设置在出气口处，包括臭氧传感器和红外传感器，臭氧用于监控待放出气体的臭氧浓度，红外传感器用于监控待放出气体的颗粒浓度。控制器包括等离子体发生组件控制器、收集灭菌杀毒装置控制器和风机组件控制器。所述等离子体发生组件控制器、收集灭菌杀毒装置控制器和风机组件控制器能够通过控制对电气组件的控制实现对于等离子体发生组件、收集灭菌杀毒装置和风机组件的开启、关闭或电压大小的调节。风机组件6控制器能够控制风机的开启和关闭。风机组件控制器通过控制循环空气组件控制出气口7的开启和关闭。风机组件6控制器配置为当臭氧传感器和红外传感器检测结果高于阈值时，循环空气组件关闭出气口7，当臭氧传感器和红外传感器检测结果低于阈值时，循环空气组件开启出气口7。
本实施例的使用方法可以采用自动控制模式或手动控制模式，通过自动或手动的模式开启空气处理装置。风机组件引导空气通过空气处理装置的进气口1进入，通过等离子体发生组件3时，等离子体发生组件3激发等离子体，进而生成臭氧，等离子体和臭氧共同作用杀灭空气中的病毒、细菌等微生物。随后空气进入收集灭菌杀毒装置5中，收集灭菌杀毒装置5通过静电吸附将空气中的颗粒收集吸附到收集灭菌杀毒装置的极板上，收集灭菌杀毒装置5中的反电晕放电装置放电生成的高密度等离子体能够进一步杀灭病毒、细菌等微生物，空气得到净化，当空气到达出气口7时，出气口7处的臭氧传感器和红外传感器能够对于将排除的空气进行检测，如果空气中的臭氧和颗粒物未达到设定的阈值以下，则通过循环空气组件关闭出气口7并通过循环通路使空气返回等离子体发生组件。如果空气中的臭氧和颗粒物达到设定的阈值以下，则空气通过出气口7排出。
当采用自动模式时，其可以自动检测在规定范围内是否存在移动物体，如有移动物体，则等离子体发生组件采用弱放电模式，其产生的臭氧浓度≦0.16mg/m3。即有人情况下，可以自动降低臭氧的产生量，避免臭氧给人体和环境带来的副作用，同时也避免由于臭氧浓度高导致出气口7关闭，空气消杀效率低的问题。此外，弱放电还能够显著节约能耗。当在一定时间内检测不到移动物体时，空气处理装置自动切换到等离子体发生组件强放电模式，其产生的臭氧浓度≧20mg/m3，能够短时间内实现快速消杀病毒微生物的作用。此外，有人环境时，反电晕放电装置是持续工作的，经过反电晕放电装置长时间的放电，阳极上的氧化铜会产生高温，同样会杀灭附着的含有病毒的气凝胶等微颗粒。
当采用手动模式，能够分别调节等离子体发生组件、收集灭菌杀毒装置以及风机组件的开启和关闭，并调节等离子体发生组件的放电强度。
对密闭净化空间检测净化率，空气净化率达99.99％。，灭菌率达到100％。
实施例2
一种用于空气消杀的空气处理装置，其与实施例1的区别仅在于，反电晕放电装置中的阴极为铜针，阳极为氧化铜颗粒颗粒层的蜂窝状材料。对净化空间检测净化率，空气净化率达99.99％，灭菌率达到100％。
对比例1
一种用于空气消杀的空气处理装置，其与实施例1的区别仅在于反电晕放电装置中的阴极为不锈钢针，阳极为氧化铝颗粒颗粒层的蜂窝状材料。对净化空间检测净化率，空气净化率达75％，灭菌率达到80％。
虽然不希望被理论束缚，但本发明空气净化效率的提升有可能一部分来源于采用了铜作为阴极材料，其在放电过程中激发出具有抗菌能力的纳米氧化铜颗粒，此外，由于阴极放电使空气中的颗粒物，例如粉尘或载有病原微生物的气凝胶等，附带上电荷向正极富集，在低温等离子体发生装置中未杀灭的微生物，在富集的同时被阳极反电晕放电产生的等离子体和阳极中的纳米银、纳米铜颗粒共同灭杀。而由于本发明的装置中包含了有人模式和无人模式两种，所以即使在有人时也可以使反电晕模块持续放电，而持续放电带来阳极上的氧化铜产生高温，这种高温也具有杀灭病毒的作用。这几种效应协同作用，使得灭菌效率有了预料不到的提升。
