等离子体活化水雾消毒装置及方法与流程

1.本发明涉及医疗和公共卫生领域，特别是涉及一种等离子体活化水雾消毒装置及方法。


背景技术：

2.对空气进行消毒的方法常见的有空气放电方式、紫外线消毒或消毒剂喷雾消毒。空气放电杀菌消毒效率很高，但是会有副产物臭氧和氮氧化物产生，臭氧和氮氧化物对呼吸系统有较大危害。紫外线或者光催化杀菌消毒效率低，需要较长时间，并且紫外线照射到人眼和皮肤也会有很大危害。消毒剂喷雾杀菌消毒效率较高，但毒性也大，消毒剂长期滞留，不适合在有人的环境中使用，绝对不宜用于室内有人的场景和有食物的场景。研发高效且无二次污染的空气消毒方法和装置，是公共卫生和医疗领域急需解决的难题。
3.近来的研究发现，等离子体活化处理过的水具有高效杀菌消毒效果，等离子体活化水与等离子体直接作用于细菌和病毒能起到与消毒剂相似的杀菌消毒效果。空气放电等离子体气相杀菌消毒会产生臭氧等副产物，而如果通过等离子体活化处理水，再利用活化水杀菌消毒，则没有臭氧副产物释放。这些最新研究成果发表于知名学术期刊chemical engineering journal(20november 2020)的论文plasma-activated water:an alternative disinfectant for s protein inactivation to prevent sars-cov-2infection，论文中用实验验证了等离子体活化水对新型冠状病毒(sars-cov-2)的高效灭活效果。研究证实了等离子体活化水中富含活性单纯态氧，单纯态氧与细菌和病毒反应，破坏其细胞膜或dna结构，由此起到灭活细菌和病毒的作用。而单线态氧与细菌和病毒反应后失活，还原成基态氧分子，无毒无害。因此，等离子体活化水是安全的。这使得等离子体活化水得到越来越广泛的研究和应用。但是现有技术中，通常是先利用等离子体活化技术处理水，然后再将待消毒器具浸没于水中以进行杀菌消毒。这种方式的不足在于：一方面，液相消毒对等离子体水的需求量大，且不能对空气消毒；另一方面，由于活化后的水的消毒活性随时间单调快速下降，难以保证活化水消毒的稳定性和可靠性。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种等离子体活化水雾消毒装置及方法，用于解决现有技术中先利用等离子体活化技术处理水，然后再将待消毒器具浸没于水中以进行杀菌消毒存在的对等离子体水的需求量大，且不能对空气消毒，同时因活化后的水的消毒活性随时间单调快速下降，难以保证活化水消毒的稳定性和可靠性等问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种等离子体活化水雾消毒装置，包括用于容纳水溶液的水箱、电极阵列、介质套筒、水泵、雾化喷嘴及控制器；所述水箱上设置有注水口；所述电极阵列位于所述水箱内，且浮于所述水溶液的液面上，包括多个电极端子，所述电极端子与高压电源电连接；所述介质套筒一端与所述电极阵列相连接，另一端浸
置于所述水溶液内，所述电极端子对应位于所述介质套筒内；所述水泵位于所述水溶液中，所述雾化喷嘴位于所述水箱外，且与所述水泵相连通；所述控制器与所述水泵及高压电源电连接；
6.电极端子接通高压电源后对水溶液液面放电，在介质套筒内产生等离子体，等离子体将水溶液活化，经所述水泵将等离子体活化水输送至所述雾化喷嘴进行雾化喷洒。
7.可选地，所述等离子体活化水雾消毒装置还包括风扇，位于所述水箱外，且与所述雾化喷嘴相邻设置，所述风扇与所述控制器电连接，用于将所述雾化喷嘴喷出的等离子体活化水雾分散。
8.可选地，所述等离子体活化水雾消毒装置还包括电池，所述高压电源与所述电池电连接。
9.可选地，所述水溶液包括盐水。
10.可选地，所述电极阵列通过多个浮子浮于所述水溶液的液面上。
11.可选地，所述等离子体活化水雾消毒装置还包括液位监测器，所述液位监测器位于所述水箱内，所述控制器与所述液位监测器电连接，以在监测到所述水溶液的液位低于预定液位时关闭所述高压电源及水泵。
12.可选地，所述介质套筒包括陶瓷套筒和石英套筒中的一种或两种。
13.可选地，所述等离子体活化水雾消毒装置还包括电箱及电动轮，所述高压电源及控制器位于所述电箱内，所述水箱位于所述电箱上，所述电动轮位于所述电箱的底部，且所述电动轮与所述控制器电连接。
14.本发明还提供一种等离子体活化水雾消毒方法，所述等离子体活化水雾消毒方法基于上述任一方案中所述的等离子体活化水雾消毒装置进行，所述等离子体活化水雾消毒方法包括往水箱内注入适量水溶液后，通过控制器开启高压电源，电极阵列的电极端子对水溶液液面放电，在介质套筒内产生等离子体，等离子体将水溶液活化，经预设时间后，通过水泵将等离子体活化水输送至雾化喷嘴进行雾化喷洒的步骤。
15.可选地，所述等离子体活化水雾消毒装置按预设路线行进以进行移动杀菌消毒。
16.如上所述，本发明的等离子体活化水雾消毒装置及方法，具有以下有益效果：本发明提供的等离子体活化水装置经优化的结构设计，可以一边对水溶液进行等离子体活化处理，一边进行杀菌消毒，即生即用，可以确保整个杀菌消毒过程中，活化水的杀菌消毒效果不衰退；通过独特的电极阵列设计，确保放电的稳定性，并且不产生臭氧和氮氧化物等有害副产物。发明不仅可以用于器具消毒灭菌，而且可以用于对空气消毒灭菌，对人体和环境无害，有着广泛的应用价值。
附图说明
17.图1显示为本发明提供的等离子体活化水雾消毒装置于一示例中的结构示意图。
18.元件标号说明
19.11
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水箱
20.111
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注水口
21.12
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电极阵列
22.121
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电极端子
23.13
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介质套筒
24.14
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水泵
25.15
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雾化喷嘴
26.16
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控制器
27.17
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高压电源
28.18
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风扇
29.19
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电池
30.20
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浮子
31.21
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液位监测器
32.22
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电箱
33.23
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电动轮
具体实施方式
34.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
35.请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本发明可实施的范畴。
36.等离子体活化水的杀菌消毒功能已经被广泛证实。但是现有技术中，都是先利用等离子体活化处理水，然后再将待消毒器具浸没于等离子体活化水中进行杀菌消毒，即采用液相消毒法。一方面，液相消毒法对等离子体水的需求量大，且不能对空气消毒；另一方面，由于活化后的水的消毒活性随时间单调快速下降，难以保证活化水消毒的稳定性和可靠性。对此，本发明提出了一种改善方案。
37.具体地，如图1所示，本发明提供一种等离子体活化水雾消毒装置，包括用于容纳水溶液的水箱11、电极阵列12、介质套筒13、水泵14、雾化喷嘴15及控制器16；所述水箱11上设置有注水口111，以通过该注水口111向水箱11内注入适量的水溶液，水箱11底部还可以设置排水口(未示出)；所述电极阵列12位于所述水箱11内，且浮于所述水溶液的液面上，电极阵列12包括多个电极端子121，所述电极端子121与高压电源17电连接，高压电源17可以为装置本身的一部分，也可以为外接电源，在较优的示例中，所述等离子体活化水雾消毒装置自带高压电源17，以提高移动灵活性；所述介质套筒13一端与所述电极阵列12相连接，另一端浸置于所述水溶液内，介质套筒13浸置于水溶液内的一端是开放的，所述电极端子121对应位于所述介质套筒13内；所述水泵14位于所述水溶液中，所述雾化喷嘴15位于所述水箱11外，比如位于水箱11顶部，且与所述水泵14相连通；所述控制器16与所述水泵14及高压电源17电连接；电极端子121接通高压电源17后对水溶液液面放电，在介质套筒13内产生等离子体，等离子体将水溶液活化，经所述水泵14将等离子体活化水输送至所述雾化喷嘴15
进行雾化喷洒以喷洒出等离子体活化水雾。
38.本发明中，由于电极阵列12浮于液面上，故而电极阵列12会随着液面的升降或倾斜而同步升降或倾斜，以确保电极端子121与液面的距离不变，且电极阵列12与液面平行，由此确保电极阵列12的放电均匀性和安全性。而现有技术中，电极放电装置的另一组电极是固定的，当水面下降时，电极间距就会变大，导致放电功率变小甚至停止；当水平面倾斜时，电极阵列12与水平面不平行，有的电极端离水面近，有的电极端离水面远，距离远的电极端不再放电，只有最近的电极端放电，放电阵列极其不均匀，甚至可能发生近距离电极发生电弧，安全性差。此外，现有技术中的等离子体活化水装置，不管是否采用水电极放电，放电区都是开放性的，与周围空气连通，导致大量空气参与放电反应，生成过量的臭氧和氮氧化物，而这些物质对人体或环境可能造成危害。相较之下，本发明中将电极端子121设置在介质套筒13内，介质套筒13一端与电极阵列12相连接，另一端浸置于液面之下，即电极端子121与外部空气相隔离以形成封闭的放电区，可以抑制臭氧和氮氧化物的合成。该作用机理在于，当等离子体分解水分子时，产生h2和o2时，未溶解于水的部分会导致介质套筒13内气压上升，因此，介质套筒13内是正压；在正压作用下，介质套筒13内的活性气体成分会形成气泡进入水中并部分溶解于水中，不溶解部分才冒泡到水面上。相较于现有的开放性电极的活化水装置，本发明可以大大提高等离子体中和水中活性成分的浓度，有利于提高活化水的反应活性，提升消毒灭菌效率。等离子体活化水中的主要灭菌因子是单线态氧，单线态氧有较强反应活性，易与病毒或者细菌反应，破坏细胞膜和dna结构或者导致细菌代谢失调以使其双双失活，由此达到消毒灭菌目的。而单线态氧失活后回归稳定态氧分子，无有毒有害物质长时间滞留，失活后的活化水就是普通生理盐水。因此，等离子体活化水是安全消毒液，可广泛应用于有人和食物的消毒场景，尤其适用于公共卫生场所消毒。本发明提供的等离子体活化水装置，可以一边对水溶液进行等离子体活化处理，一边进行杀菌消毒，即生即用，可以确保整个杀菌消毒过程中，活化水的杀菌消毒效果不衰退，通过独特的电极阵列设计，确保放电的稳定性，并且不产生臭氧和氮氧化物等有害副产物。发明不仅可以用于器具消毒灭菌，而且可以用于对空气消毒灭菌，对人体和环境无害，有着广泛的应用价值。
39.为确保较好的喷洒效果，作为示例，所述水泵14为高压水泵14。
40.作为示例，所述控制器16包括但不限于plc控制器16。
41.在一示例中，所述等离子体活化水雾消毒装置还包括风扇18，位于所述水箱11外，且与所述雾化喷嘴15相邻设置，所述风扇18与所述控制器16电连接，用于将所述雾化喷嘴15喷出的等离子体活化水雾分散，由此可以进一步扩大等离子体活化水雾的喷洒范围，并进一步将水雾细化。
42.作为示例，所述等离子体活化水雾消毒装置还包括电池19，比如为锂离子电池19，所述高压电源17与所述电池19电连接，以提高装置的移动灵活性。
43.在一示例中，所述水溶液包括盐水。盐水既作为活化处理对象，也是等离子体放电电极，盐水不仅增强电导性，也增强单线态氧的消毒灭菌反应活性。当然，根据不同的应用场景，所述水溶液中也可以加入双氧水或其他消毒液，本实施例中对此不做严格限制。
44.作为示例，所述电极阵列12通过多个浮子20浮于所述水溶液的液面上，比如通过4个间隔分布于液面上的浮子20的支撑使所述电极阵列12浮于液面上。
45.在一示例中，所述等离子体活化水雾消毒装置还包括液位监测器21，所述液位监
测器21位于所述水箱11内，比如在水箱11内壁两个对角的对称位置上分别设置两个所述液位监测器21，所述控制器16与所述液位监测器21电连接，以在监测到所述水溶液的液位低于预定液位时关闭所述高压电源17及水泵14。当然，在设置有所述风扇18的情况下，此时所述风扇18也将被关闭。在其他示例中，在没有设置所述液位监测器21的情况下，也可以经预设时间后关闭所述高压电源17、水泵14及风扇18。
46.作为示例，所述介质套筒13包括陶瓷套筒和石英套筒中的一种或两种，当然还可以为其他绝缘材质的套筒，对此不做一一展开。
47.作为示例，所述等离子体活化水雾消毒装置还包括电箱22及电动轮23，所述高压电源17及控制器16位于所述电箱22内(电池19也装载于电箱22内)，所述水箱11位于所述电箱22上，所述电动轮23位于所述电箱22的底部，且所述电动轮23与所述控制器16电连接。设置一个封闭式的电箱22容纳所述高压电源17及控制器16，可以使这些部件避免暴露于水雾环境中。电动轮23可以为4个，分别设置于电箱22四个角的底部。所述控制器16中可以预先存储有行进路线，由此驱动所述等离子体活化水装置按优化路线运动，以实现移动杀菌消毒。
48.实施例
49.本实施例是将本发明提供的等离子体活化水雾消毒装置应用于空气自然菌和金黄色葡萄糖菌的灭活率测试。本实施例中，装置的等离子体放电功率是280w，雾化速度为5l/h，风机功率为25w，循环风量为450m3/h，电池组是36v60ah三元锂离子电池。将装置置于15m2ⅹ
2m＝30m3测试舱中。在实验舱四个角及中心位置分别放置五个金黄色葡萄糖菌株，启动装置，进入自动程序模式：等离子体放电5分钟后，自动启动水泵和风扇喷雾，电动轮驱动装置以8米/分钟的速度在测试舱中反复作“回”字形运动，到达预设的30分钟消毒时间后，装置自动关机。关机后立即在实验舱四个角及中心位置分别采样空气中的自然菌的五个样品，并与放置在相应位置的五个金黄色葡萄糖菌株处理样品一起放进细胞培养箱中培养48小时，之后取出计数和计算，得到自然菌的灭菌率为93.3％，金黄色葡萄糖菌株灭菌率为99.9％。这表明本发明提供的等离子体活化水雾装置能起到很好的杀菌消毒效果。
50.本发明的等离子体活化水装置可以实现等离子体活化水的即生即用，在消毒处理过程中，等离子体处理持续不停，活化水始终维持在高活性状态。且本发明采用的是气相消毒灭菌方式，相较于浸没于活化水中的消毒方法适用性更广，也更高效，适用于给大空间和大体积物体消毒。
51.本发明还提供一种等离子体活化水雾消毒方法，所述等离子体活化水雾消毒方法基于上述任一方案中所述的等离子体活化水雾消毒装置进行，故对装置的介绍还请参考前述内容，出于简洁的目的不赘述。所述等离子体活化水雾消毒方法包括往水箱内注入适量水溶液后，比如通过注水口加入适量盐水，通过控制器开启高压电源，电极阵列的电极端子对水溶液液面放电，在介质套筒内产生等离子体，等离子体将水溶液活化，经预设时间后，比如经过300秒后，控制器开启水泵，以通过水泵将等离子体活化水输送至雾化喷嘴进行雾化喷洒而喷洒出等离子体活化水雾，以进行杀菌消毒。在设置有风扇的情况下，风扇也将被开启，以将水雾扩散到更广的范围。在设置有电动轮的情况下，控制器控制电动轮，以驱动装置按优化路线行进以进行移动杀菌消毒。经预设时间或水溶液降低到预设液位时，装置关机，高压电源、水泵和风扇灯装置都停止作业。
52.综上所述，本发明提供一种等离子体活化水雾消毒装置及方法。装置包括用于容纳水溶液的水箱、电极阵列、介质套筒、水泵、雾化喷嘴及控制器；所述水箱上设置有注水口；所述电极阵列位于所述水箱内，且浮于所述水溶液的液面上，包括多个电极端子，所述电极端子与高压电源电连接；所述介质套筒一端与所述电极阵列相连接，另一端浸置于所述水溶液内，所述电极端子对应位于所述介质套筒内；所述水泵位于所述水溶液中，所述雾化喷嘴位于所述水箱外，且与所述水泵相连通；所述控制器与所述水泵及高压电源电连接；电极端子接通高压电源后对水溶液液面放电，在介质套筒内产生等离子体，等离子体将水溶液活化，经所述水泵将等离子体活化水输送至所述雾化喷嘴进行雾化喷洒。本发明提供的等离子体活化水装置，可以一边对水溶液进行等离子体活化处理，一边进行杀菌消毒，即生即用，可以确保整个杀菌消毒过程中，活化水的杀菌消毒效果不衰退，通过独特的电极阵列设计，确保放电的稳定性，并且不产生臭氧和氮氧化物等有害副产物。发明不仅可以用于器具消毒灭菌，而且可以用于对空气消毒灭菌，对人体和环境无害，有着广泛的应用价值。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
53.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。