CN112294990A - 一种等离子体灭菌消毒柜及消毒方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体灭菌消毒柜及消毒方法，消毒柜包括等离子体产生模块和电源模块，等离子体产生模块包括气室，气室内设有放电组件和风扇，气室的侧壁上设有可开合的进气口和出气口，出气口与柜体内灭菌空间连通，风扇的出风方向朝向出气口。电源模块向放电组件提供高压电源。等离子体产生模块处于初始放电阶段时，气室封闭，放电组件产生等离子体，一段时间后，气室内等离子体的臭氧浓度降低并稳定；然后进入稳定放电阶段，风扇开启，进气口和出气口打开，气室内臭氧浓度低的等离子体进入灭菌空间内进行杀菌，同时又会有新的空气进入气室内进行放电产生新的等离子体。该消毒柜能够向灭菌空间内输入臭氧浓度低的等离子体实现杀菌。

Description

一种等离子体灭菌消毒柜及消毒方法

技术领域

本发明涉及消毒柜技术领域，尤其涉及一种等离子体灭菌消毒柜及消毒方法。

背景技术

消毒柜目前普遍采用紫外线、高温、臭氧等方式进行杀菌消毒。紫外线消毒范围有限、消毒不彻底。高温消毒能耗高，并且，一些不耐高温的塑料厨具不能够进行高温消毒。臭氧虽然具有显著的灭菌效果，但自身具有强烈刺激性气味，同时具有一定的毒性。过量的臭氧会强烈刺激人的呼吸道，造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽等症状，并可能引发支气管炎和肺气肿；长期工作在高浓度臭氧环境会造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退。

等离子体灭菌在医用等领域已有应用，产生等离子体的方式主要有介质阻挡放电和电晕放电两种，其放电装置包括DBD、Glow、Spark、Propeller Arc等。等离子体技术可实现优秀的灭菌效果，其原理包括三部分：活性粒子基团氧化、高速粒子击穿和紫外光子。其灭菌过程无需高温，同时活性粒子以气态方式可快速扩散至灭菌空间，实现无死角灭菌。但限制等离子体技术使用的主要原因是等离子体放电过程中，会伴随产生大量的臭氧。臭氧本身的刺激性气味以及毒性，限制了等离子体技术在日常生活中的使用。

为了控制臭氧浓度，目前大多采用三种方式实现：缩短等离子体放电时间、提高环境温度和添加催化剂促进臭氧分解。

采用缩短等离子体放电时间的方式降低臭氧浓度，往往形成长周期间歇性工作，如冰箱中采用放电1min，休息30min，如此循环方式。虽然此方式可实现灭菌效果，但长时间待机会带来耗电量的提高，同时此方式并不适合其它非连续性给电的电器，如洗衣机、消毒柜、热水器、空调等。

采用提高环境温度方式降低臭氧浓度，一方面造成耗电量的提高，另一方面由于臭氧分解缓慢，造成周期延长，工作效率下降。同时也不适合冰箱、洗衣机等低温或常温工作的家电使用。

采用添加催化剂的方式促进臭氧分解，存在效率不高、催化剂易失活等现象，造成臭氧浓度不稳定易超标。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种等离子体灭菌消毒柜，其通过等离子体实现无死角、高效灭菌的同时，也能够降低臭氧浓度。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种等离子体灭菌消毒柜，包括柜体，所述柜体内部形成灭菌空间，还包括：等离子体产生模块，其包括气室、设于所述气室内的放电组件及风扇，所述气室的侧壁上设有可开合的进气口和出气口，所述出气口与所述灭菌空间连通，所述风扇的出风方向朝向所述出气口；电源模块，其向所述放电组件提供高压电源。

为了实现待消毒物品的烘干及进一步降低臭氧浓度，消毒柜还包括主加热模块，其用于烘干所述灭菌空间内的待消毒物品、并分解所述灭菌空间内的臭氧。

作为一种优选实施例，所述主加热模块的加热温度为30-80℃。

作为一种优选实施例，为了提高消毒效率，所述主加热模块与所述等离子体产生模块同时工作。

为了进一步降低臭氧浓度，所述气室内设有辅助加热模块，其用于分解所述气室内的臭氧。

为了实现进气口和出气口的可开合，所述进气口上设有可开合的第一挡件，所述出气口上设有可开合的第二挡件。

为了能够产生均匀的等离子体、降低臭氧浓度，所述放电组件包括高压电极、地电极及介质层，所述介质层设于所述高压电极和所述地电极之间；所述放电组件的放电功率密度大于0.17W/cm²。

同样为了能够产生均匀的等离子体、降低臭氧浓度，所述高压电极连接所述电源模块，所述电源模块提供的高压电源包括正弦高压和脉冲高压电源。

为了进一步降低臭氧浓度，所述风扇吹出的气流速度为0.8L/min~5L/min。

本发明还提出一种如上所述的等离子体灭菌消毒柜的消毒方法，所述等离子体产生模块包括初始放电阶段和稳定放电阶段；当所述等离子体产生模块处于所述初始放电阶段时，所述风扇关闭，所述进气口和所述出气口关闭，所述放电组件放电产生等离子体；当所述等离子体产生模块处于所述稳定放电阶段时，所述风扇开启，所述进气口和所述出气口打开，所述气室内的等离子体经所述出气口进入所述灭菌空间内，外界空气经所述进气口进入所述气室内。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明提出一种等离子体灭菌消毒柜及消毒方法，等离子体灭菌消毒柜包括等离子体产生模块和电源模块。等离子体产生模块包括气室，气室内设有放电组件和风扇，气室的侧壁上设有可开合的进气口和出气口，出气口与柜体内灭菌空间连通，风扇的出风方向朝向出气口。电源模块向放电组件提供高压电源，使放电组件产生等离子体。等离子体产生模块包括初始放电阶段和稳定放电阶段，初始放电阶段时，气室封闭，放电组件在电源模块的作用下产生等离子体，初始放电阶段工作一段时间后，气室内等离子体的臭氧浓度降低并稳定；然后进入稳定放电阶段，此时风扇开启，进气口和出气口打开，气室内臭氧浓度低的等离子体进入灭菌空间内进行杀菌，同时又会有新的空气进入气室内进行放电产生新的等离子体。该消毒柜通过向灭菌空间内输入臭氧浓度低的等离子体实现杀菌的同时，又能够避免臭氧所带来的不良影响。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明消毒柜实施例的原理示意图；

图2为本发明消毒柜实施例的结构示意图；

图3为本发明等离子体产生模块实施例的结构示意图一；

图4为本发明等离子体产生模块实施例的结构示意图二；

图5为本发明消毒柜实施例在第一种工作模式下的臭氧浓度曲线；

图6为本发明消毒柜实施例在第二种工作模式下的臭氧浓度曲线；

图7为本发明消毒柜实施例放电功率与臭氧浓度的关系示意图；

图8为本发明消毒柜实施例气体流速与臭氧浓度的关系示意图。

其中，100-等离子体产生模块，110-放电组件，111-高压电极，112-介质层，113-地电极，120-气室，121-进气口，122-出气口，123-第一挡片，124-第二挡片，130-风扇，140-上压板，141-上通孔，150-下压板，151-下通孔，200-电源模块，300-柜体，310-灭菌空间，400-主加热模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明公开一种等离子体灭菌消毒柜，参照图1至图4，图1为消毒柜的原理示意图，图2为消毒柜的结构示意图，图3为等离子体产生模块的气室处于关闭状态时的结构示意图，图4为等离子体产生模块的气室处于开启状态时的结构示意图。消毒柜包括柜体300，柜体300内部形成灭菌空间310，待消毒物品放置于灭菌空间310内进行杀菌。消毒柜还包括等离子体产生模块100和电源模块200，等离子体产生模块100包括气室120，气室120内形成中空腔体，中空腔体内设有放电组件110和风扇130，气室120的侧壁上设有可开合的进气口121和出气口122，出气口122与灭菌空间310连通，风扇130的出风方向朝向出气口122。电源模块200向放电组件110提供高压电源，使放电组件110产生等离子体。

等离子体产生模块100包括初始放电阶段和稳定放电阶段，初始放电阶段时，电扇130关闭，进气口121和出气口122关闭，气室120封闭，放电组件110在电源模块200的作用下产生等离子体，初始放电阶段工作一段时间后，气室120内等离子体的臭氧浓度降低并稳定；然后，等离子体产生模块110进入稳定放电阶段，此时风扇130开启，进气口121和出气口122打开，气室120内臭氧浓度低的等离子体经出气口122进入灭菌空间310内进行杀菌，同时，外界新的空气经进气口121进入气室120内进行放电产生新的等离子体；如此循环，最终完成消毒目标。

等离体子产生模块100产生的等离子体并不是直接输入进灭菌空间310内的，而是在关闭的气室120内部反应一段时间后，比如1-5min，待气室120内部的等离子体稳定后再输入进灭菌空间310内进行杀菌。如此操作的原因在于，放电组件110在放电初始阶段所产生的等离子体中会存有臭氧以及其他的一些活性分子，如果将含有臭氧的等离子体直接输入灭菌空间310内进行杀菌，臭氧的异味及毒性会给使用者带来不良影响。而这些臭氧及活性分子在放电初期是极不稳定的，臭氧和其他的活性分子之间会发生反应，那么，将放电初期所产生的含有一定臭氧和活性分子的等离子体在关闭的气室120内反应一段时间后，臭氧与其他活性分子在气室内发生相互反应而降低臭氧浓度，然后，再将臭氧浓度低的等离子体输入灭菌空间310内进行杀菌，实现全方位、无死角杀菌，并且避免了臭氧所带来的不良影响。等离子体产生模块100充分利用放电组件110在放电初期所产生的等离子体不稳定的这一特性，利用封闭的气室120为不稳定的等离子体提供一个反应空间，待反应后臭氧浓度降低再将等离子体输入进灭菌空间310进行杀菌。

进一步的，放电组件110采用现有技术中的介质阻挡放电形式，参照图3和图4，放电组件110包括高压电极111、地电极113及介质层112，介质层112设于高压电极111和地电极113之间；放电组件110的放电功率密度大于0.17W/cm²。通过提高放电组件110的放电功率、减小放电面积的形式增大放电功率密度。增大放电功率密度，有助于降低臭氧浓度。图7所示为放电功率与臭氧浓度的关系示意图，从图中可以看出，放电功率密度越大，臭氧浓度越低。

进一步的，高压电极111、地电极113连接电源模块200，电源模块200提供的高压电源包括正弦高压和脉冲高压电源。具体的，本实施例中，正弦高压电源的频率为50Hz-100MHz，电压幅值为1kV-20kV之间，脉冲高压电源的频率低于100kHz。如此设置的高压电源有助于产生均匀的、臭氧浓度低的等离子体。

当等离子体产生模块100处于稳定放电阶段时，气室120内的等离子体在风扇130的吹动作用下经出气口122进入灭菌空间310内。风扇130吹出的气流速度优选为0.8L/min~5L/min。其原因在于，等离子体中的活性成分随气体流通速率变化而改变，本实施例经过大量实验得知，臭氧浓度随气体流通速率降低而减少。图8表示了在三个不同时间周期内测得的气体流速与臭氧浓度之间的关系，从图8可以看出，臭氧浓度随气体流速的增加而增加，臭氧浓度随气体流速的减小而降低，所以，为了降低臭氧浓度，需要将气体流速控制在一个较低的范围区间内。通过合理控制风扇130转速，使其吹出的气体流速既能够将等离子体输入进灭菌空间310内，又能够有助于降低臭氧浓度。

进一步的，气室120内设有辅助加热模块（未图示），其用于分解气室120内的臭氧，进一步降低臭氧浓度。辅助加热模块具体结构形式本发明不做具体限制，如采用PTC热风、加热片等形式。辅助加热模块的加热温度优选为不低于60℃，以保证能够有效分解臭氧，降低臭氧浓度。

消毒柜还包括主加热模块400，其有两方面作用，一方面用于烘干灭菌空间310内的待消毒物品，另一方面用于分解灭菌空间内存在的少量臭氧。其中，烘干作用为主，分解臭氧作用为辅。主加热模块400的具体结构形式本发明不做具体限制，如采用PTC热风、加热片等形式。

主加热模块400的加热温度为30-80℃，优选为60℃。该温度范围内的主加热模块400，既可以对待消毒物品进行烘干，又可以对臭氧进行分解。

主加热模块400与等离子体产生模块100同时工作，也就是说，主加热模块400同时进行烘干和分解臭氧，有助于缩短消毒时间，提供消毒效率。而现有的消毒柜中，比如臭氧消毒柜，通过加热来进行烘干和分解臭氧的两个工序是分开操作的，大量臭氧进入灭菌空间310内后，先利用臭氧来进行杀菌，杀菌完成后，再启动加热模块400对臭氧进行分解，待臭氧分解完成后，加热模块400再继续升温实现烘干。杀菌、分解臭氧及烘干的工序是彼此独立完成的，大大延长了消毒柜的消毒时间，效率较低。而本实施例中，等离子体在进入灭菌空间310之前，等离子体产生模块100所产生的等离子体中含有的臭氧浓度已经很低，那么进入灭菌空间310内的等离子体即使不进行分解臭氧操作，也能满足使用要求。主加热模块400在进行烘干操作的同时，顺便能够将尚存的少量臭氧进行分解，进一步降低臭氧浓度，提高消毒柜的使用性能。

下文对等离子体产生模块100进行详述。

放电组件110夹设在上压板140和下压板150之间，上压板140、高压电极111、介质层112、地电极113及下压板150由上至下依次紧贴。上压片140上设有上通孔141，用于高压电极111散热。下压板150上设有下通孔151，下通孔151与气室120内部连通，放电组件110产生的等离子体经下通孔151进入气室120内部。高压电极111可选为金属铝、铜、铁、铂或其合金，优选为铜、不锈钢。地电极可选为片状、线状、网状、螺线状或混合型，优选为网状。介质层112可选为玻璃、陶瓷、塑料或橡胶等绝缘层，优选为陶瓷。气室120与下压片150密封在一起，气室120的材质可选为玻璃、陶瓷、塑料等绝缘物，为方便观察，优选为透明质地，气室120形状可按需求设计。

进气口121上设有可开合的第一挡件123，出气口122上设有可开合的第二挡件124。风扇130开启后，风扇130吹出的气流吹动第二挡件124，使第二挡件124打开而将出气口122打开，气室120内部的等离子体经出气口122流出，此时气室120内部压强将发生变化，第一挡件123也随之打开而将进气口121打开。本实施例中，第一挡件123和第二挡件124优选为自垂百叶或具有自垂性的薄膜、纤维、片材等。

经进气口121进入气室120内部的空气可以是来自消毒柜外部的空气，也可以是来自灭菌空间310内的空气，这取决于等离子体产生模块100的安装位置。当等离子体产生模块100安装在柜体300的外部时，进气口121与消毒柜外部空气连通，引入外部空气，出气口122与灭菌空间310连通。当等离子体产生模块100安装在灭菌空间310内部时，进气口121与灭菌空间310内的空气连通，引入内部空气，出气口122与灭菌空间310连通。

本实施例消毒柜具有两种工作模式，第一种为间歇式放电，第二种为连续式放电。

采用第一种间隙式放电时，本实施例采用的具体工作模式为工作10min，停止5min，两个周期完成消毒柜的一次消毒任务，也即，该消毒柜的消毒总时间为30min。消毒柜启动消毒任务后，电源模块200开始为等离子体产生模块100供电，等离子体产生模块100先进入初始放电阶段，工作1-5min后，优选2min，等离子体产生模块100进入稳定放电阶段，气室120内的等离子体进入灭菌空间310内进行杀菌，同时有新的空气进入气室120内进行放电产生新的等离子体，当等离子体产生模块100总放电达到10min后，电源模块200停止向放电组件110供电，避免放电组件110持续放电而损伤元器件，完成第一个周期的放电。放电组件110停止5min后，电源模块200再次向放电组件110供电，重复第一个周期的工作流程。当完成两个周期的放电后，消毒柜消毒完成。主加热模块400和辅加热模块在整个消毒过程中均是处于工作状态的。图5所示为本上实施例消毒柜采用第一种工作模式时，所测得的臭氧浓度曲线。

采用第二种连续式放电时，本实施例采用的具体工作模式为工作10min，停止10min，一个周期的放电即可完成消毒柜的消毒任务，也即，该消毒柜的消毒总时间为20min。消毒柜启动消毒任务后，电源模块200开始为放电组件110供电，等离子体产生模块100先进入初始放电阶段，工作1-5min后，优选2min，等离子体产生模块100进入稳定放电阶段，气室120内的等离子体进入灭菌空间310内进行杀菌，同时有新的空气进入气室120内进行放电产生新的等离子体，当等离子体产生模块100总放电达到10min后，电源模块200停止向放电组件110供电，避免放电组件110持续放电而损伤元器件。然后放电组件110停止10min后，这个阶段的目的主要为分解灭菌空间310内尚存的臭氧，进一步降低臭氧浓度，消毒柜的消毒任务完成。主加热模块400和辅加热模块在整个消毒过程中均是处于工作状态的。图6所示为本上实施例消毒柜采用第二种工作模式时，所测得的臭氧浓度曲线。

从图5和图6可以看出，本实施例消毒柜所产生的等离子体中的臭氧含量是非常低的，在实现等离子体全方位、无死角杀菌的同时，不仅能够避免臭氧所带来的不利影响，也能够缩短消毒柜的消毒时间，提高消毒效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种等离子体灭菌消毒柜，包括柜体，所述柜体内部形成灭菌空间，其特征在于，还包括：

等离子体产生模块，其包括气室、设于所述气室内的放电组件及风扇，所述气室的侧壁上设有可开合的进气口和出气口，所述出气口与所述灭菌空间连通，所述风扇的出风方向朝向所述出气口；

电源模块，其向所述放电组件提供高压电源。

2.根据权利要求1所述的等离子体灭菌消毒柜，其特征在于，还包括：

主加热模块，其用于烘干所述灭菌空间内的待消毒物品、并分解所述灭菌空间内的臭氧。

3.根据权利要求2所述的等离子体灭菌消毒柜，其特征在于，

所述主加热模块的加热温度为30-80℃。

4.根据权利要求2所述的等离子体灭菌消毒柜，其特征在于，

所述主加热模块与所述等离子体产生模块同时工作。

5.根据权利要求1所述的等离子体灭菌消毒柜，其特征在于，

所述气室内设有辅助加热模块，其用于分解所述气室内的臭氧。

6.根据权利要求1所述的等离子体灭菌消毒柜，其特征在于，

所述进气口上设有可开合的第一挡件，所述出气口上设有可开合的第二挡件。

7.根据权利要求1所述的等离子体灭菌消毒柜，其特征在于，

所述放电组件包括高压电极、地电极及介质层，所述介质层设于所述高压电极和所述地电极之间；

所述放电组件的放电功率密度大于0.17W/cm²。

8.根据权利要求7所述的等离子体灭菌消毒柜，其特征在于，

所述高压电极连接所述电源模块，所述电源模块提供的高压电源包括正弦高压和脉冲高压电源。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的等离子体灭菌消毒柜，其特征在于，

所述风扇吹出的气流速度为0.8L/min~5L/min。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的等离子体灭菌消毒柜的消毒方法，其特征在于，

所述等离子体产生模块包括初始放电阶段和稳定放电阶段；

当所述等离子体产生模块处于所述初始放电阶段时，所述风扇关闭，所述进气口和所述出气口关闭，所述放电组件放电产生等离子体；

当所述等离子体产生模块处于所述稳定放电阶段时，所述风扇开启，所述进气口和所述出气口打开，所述气室内的等离子体经所述出气口进入所述灭菌空间内，外界空气经所述进气口进入所述气室内。

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