氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的制作方法

本发明氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统涉及具有空气消杀净化功能的集中空调新风系统的设计与制造领域。氙准分子光源发射的172nm的vuv(真空紫外线)可以激活空气中的氧气分子和水分子形成活性氧簇，活性氧簇具有很强的氧化性，可以对空气进行消杀和净化。以光触媒和二氧化锰材料为代表的过滤片具有将活性氧簇(或臭氧)降解成氧气的功能。将氙准分子光源与活性氧簇降解过滤片两者有机配合，可以形成完美的空气消杀净化空调段的设计方案，并以此技术方案制造出一系列新型的高性能空调新风系统，可应用于那些对封闭或半封闭空间的空气有灭菌、tvoc净化以及对温湿度控制有要求的空间进行空气消杀与净化，例如食品和药品的生产车间、生物实验室、医院、写字楼、住宅、商场、剧院、机车、飞机等的需要空气消杀净化和温湿度控制的领域。

背景技术：

1、对集中空调新风系统的消杀和tvoc(总有机挥发物)的净化技术一直是这个领域中的技术创新关注点，这是因为以目前的技术仍然未能很好的做到对有害微生物的消杀和对tvoc长期不懈的净化。尤其是因为装修等因素，内部空间(例如室内、舱内等)的voc(有机挥发物)是一个长期缓慢的释放过程，短期的清除措施只能解决渗出到内部空间的tvoc，不能长期清除不断渗出的voc。人们寄希望于将光触媒材料涂布到含有voc物体的表面(例如家具)，但是光触媒的脱落和脱落后潜在的粉末二次污染，是人们在实用光触媒清除tvoc时所产生的顾虑。另外人们已经意识到不同的有害病毒可能将会长期不断地给人类的健康制造麻烦。而病毒的传播主要途径是空气飞沫，传播的区域主要是内部空间，由于内部空间的病毒浓度高到足以致病的程度，就免不了病毒的人传人现象。所以寻找可以长期有效对内部空间的tvoc和有害微生物进行治理，且对机体安全、运行可靠、运行成本低廉的低温消毒技术是领域内的技术人员希望获得的技术目标。

2、氙准分子光源发射的172nm的真空窄频紫外光(vuv)辐射能可以切断氧气分子的双键，形成基态氧(o)。基态氧的电负性在3.5ev左右(测定的氧化电位＝2.694)，还可以切断水分子的氢氧键生成氢自由基(h·)和氢氧自由基(ho·)，具有非常高的氧化电位(氧化电位＝2.85v)。它们接触到周边的有机物质，尤其是挥发性有机物质voc后，可以瞬间与其产生氧化作用，将voc氧化成co2和h2o。这个氧化作用可以称之为“一级氧化作用”。当周围气体中只有氧气、水、二氧化碳气体时，基态氧(o)与氢氧自由基(ho·)可以与空气中的氧气、水分子和二氧化碳分子快速的演化成o2-(h2o)n(水合超氧阴离子团簇)、o3-(h2o)n(水合三氧离子团簇)、oh-(h2o)n(水合氢氧根离子团簇)、hco3-(h2o)n(水合碳酸氢根离子团簇)、co3-(h2o)n(水合碳酸根离子团簇)，这些离子分子团簇被称之为终端分子离子团簇。由于空气中的二氧化碳气体仅占0.031％，所以在上述五种终端离子团簇中，o2-(h2o)n(水合超氧阴离子团簇)、o3-(h2o)n(水合三氧离子团簇)、oh-(h2o)n(水合氢氧根离子团簇)就构成了基态氧和氢氧自由基快速演化后的主要产物。这三种主要的演化产物虽然不如基态氧的氧化性强，但是由于仍然保存了大量的氢氧基，与绝大多数化合物相比较，属于具有极强的氧化性的物质。由基态氧(o)与氢氧自由基(ho·)形成的终端离子团簇可以周边的有机物质，尤其是挥发性有机物质voc接触后，可以瞬间与其产生氧化作用，这个氧化作用可以称之为“二级氧化作用”。由于空气中的有害微生物也属于voc的一种，因此以空气为气源，氙准分子光源发射的172nm的真空紫外光(vuv)具有很好的空气生物净化和tvoc处置功能。

3、普遍的观点认为小粒径负离子可以主动出击捕捉小粒微尘，使其凝聚而沉淀，有效除去空气2.5微米(pm2.5)及以下的微尘，甚至1微米的微粒，从而减少pm2.5对人体健康的危害。生态级负离子对空气的净化作用是源于负离子与空气中的细菌、灰尘、烟雾等带正电的微粒相结合，并聚成球降落从而消除pm2.5的危害。实验证明，微尘直径越小，越易被负离子沉淀。氙准分子活性氧簇属于小粒径负离子，所以也具有清除小微固体颗粒物pm2.5的清除能力，但是对大粒径的固体颗粒污染物(如pm10)不具备或轻微具备清除的能力。

4、氙准分子光源的低温消杀技术属于第三代低温消杀技术，第三代低温消杀技术的技术特征是以准分子光源为技术特征的新型低温消毒技术，这是一种崭新的低温消杀技术。根据技术查新，氙准分子低温消毒技术应用于室内空调新风系统的设计，尚属首次。

5、本发明申请人的技术团队是目前氙准分子光源在生命科学领域应用研究的先遣技术队伍，在本专利申请之前已经递交了这个应用技术领域的多份专利申请文献，例如202021830126.9、202021830292.9、202021830127.3，等，本专利技术是这些已经申报的专利技术的进一步应用发展，与这些已经提交的专利文件相比较，本专利技术在个别细节有相似性，但是本发明所阐述的技术是这些相似性技术在空调段的设计与制造领域的具体技术的改进应用，这是一种新颖的空调段的设计方案。

6、与本技术《氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统》递交的同日，本技术的技术团队还递交了一些相关的专利申请。这些同日递交的专利申请在技术特征中与本专利申请所表述的技术特征个别地方具有相似性，但是作为一个完整的技术方案，又具有不同的技术特征，故在同日递交。

技术实现思路

1、本发明需要解决的技术问题是在室内空调新风系统中应用采用氙准分子低温消杀技术，克服目前在室内空调新风系统技术中存在的不能长期有效的实现空气生物净化和tvoc长期连续不断的治理的技术缺陷，以期在室内空调新风系统中实现高效、环保、廉价的高水平空气生物净化的效果。

2、本发明的技术要素之一是在常规室内空调新风系统中增加安装了氙准分子光源组件构成的“氙准分子光源消杀净化功能模块”和“氙准分子活性氧簇消解(降解)功能模块”这两种技术单元模块为核心技术。这里所述的“模块”是指有一些部件组合在一起可以形成一定技术功能的结构组合体，可以但是不限于空间结构的模块。在室内空调新风系统还有可以对空气进行温湿度控制调节的常规空调部件，例如制冷压缩机、蒸发器、冷凝器、冷凝器散热风机、加热器、加湿器所需要的储水罐、水泵、湿帘等，都属于领域内的技术人员熟知的常识，为了节省篇幅，就不再一一赘述了。

3、本发明的技术要素之一是在室内空调新风系统中实现氙准分子光源消杀净化功能模块的内部结构特点是采用氙准分子光源(灯管)与高浓度活性氧簇浓度传感器以及气流导向隔板组成。并可以在设计上将安装有氙准分子光源(灯管)、高浓度活性氧簇浓度传感器以及气流导向隔板进行模块化设计形成“氙准分子光源消杀净化模块”。

4、本发明的技术要素之一是在室内空调新风系统中实现氙准分子活性氧簇消解(降解)功能模块的内部结构特点是采用阻尼空气滤片和活性氧簇降解滤片以及低浓度活性氧簇浓度传感器以及气流导向隔板组成。并可以在设计上将安装有阻尼空气滤片、活性氧簇降解滤片、低浓度活性氧簇浓度传感器以及气流导向隔板进行模块化设计形成“氙准分子活性氧簇消解(降解)功能模块”。

5、本发明的技术要素之一是在室内空调新风系统中在阻尼空气滤片可以采用初效空气过滤器(片)或中效空气过滤器(片)或高中效空气过滤器或亚高效空气过滤器或高效空气过滤器或超高效空气过滤器，他们可以组合叠加使用，在室内空调新风系统中的阻尼空气滤片两侧的空气气压差(静压差)应该维持在5pa-130pa之间，最佳的范围应在控制在5pa-50pa之间，并且根据具体设计的需求选择合适的阻尼空气滤片和合适的静压差。选择的目的是以被净化的空间内的“空气生物净化”的要求为主要要求，而非“空气微粒净化”的要求为主要要求进行部件与技术的选择。这一点与目前普遍采用的以内部空间的“空气微粒净化”的技术要求的观点具有显著地差别。因为在很多疾病和健康相关的领域内，对内部空间的空气净化都是采用检测内部空间的“空气微粒”为技术依据，例如目前执行的医院、食品与药品加工场、生物安全实验室等空气净化场所，都是采用以检测空气中的微粒数量作为技术依据。疫情以来和目前院内感控依然严峻的事实告诉领域内的技术人员，即便是内部空间的“空气微粒”达到净化级别(如百级、千级、万级、十万级净化级别)，仍然不能有效的控制内部空间的病毒传播和使院内感染的危机有所下降。所以建立以“空气生物净化”的技术要求意识和以采用内部空间“空气生物净化”的技术指标是推动现有技术向更高更新水平发展的引导与促进力。

6、本发明的技术要素之一是在本发明所表述的技术领域内，室内空调新风系统中所采用的活性氧簇浓度传感器采用臭氧浓度传感器，其中高浓度活性氧簇浓度传感器所采用的臭氧浓度传感器的最大量程和检测精度要求为100ppm±3ppm；低浓度活性氧簇浓度传感器所采用的臭氧浓度传感器的最大量程和检测精度要求为1ppm±0.004ppm。

7、目前还没有针对活性氧簇的专属性活性氧簇浓度传感器。本发明技术团队针对滋生于光化学产物的活性氧簇与滋生于电化学产物的臭氧都具有类似的强氧化性，且组分中都会阶段性的含有o2-(h2o)n(水合超氧阴离子团簇)、o3-(h2o)n(水合三氧离子团簇)、oh-(h2o)n(水合氢氧根离子团簇)的组分，所以针对目前技术上还不能实现针对活性氧簇专属性浓度传感器的现状，选择臭氧浓度传感器对活性氧簇浓度进行检测的技术方案。经过本发明的技术团队的实验验证，现有的臭氧浓度传感器对活性氧簇的浓度检测的灵敏度和线性均与检测电化学产物臭氧相同，但是不具备可以区分活性氧簇、臭氧的专属性检测能力，也不具备区分水电解产生的布朗气的专属性能力，但是具备对氧气、氢气不敏感的专属性。所以选择了臭氧浓度监测器作为本技术方案中对活性氧簇浓度监测的技术方案。基于此在本发明的文件表述中，“臭氧传感器”、“臭氧浓度传感器”、“活性氧簇传感器”、“活性氧簇浓度传感器”的技术含义均相同，均是指“臭氧浓度传感器”。臭氧浓度传感器大多数是采用电化学原理，基于氙准分子活性氧簇与空气电离臭氧的氧化性相似，所以本发明设计所选择的活性氧簇浓度传感器一般采用电化学原理的臭氧浓度传感器。目前由于受臭氧浓度传感器的技术所限，如果将臭氧浓度传感器放置于超过其最高检测限度的臭氧环境中，即便是对传感器不通电，传感器也会损坏。所以目前技术下的臭氧浓度传感器绝对不允许在超量程的环境下存储和使用。因此，在本发明的技术中，根据室内空调新风系统中对“空气生物净化”的设计要求，分别在室内空调新风系统中实现氙准分子光源消杀净化功能的部位为了检测由氙准分子光源的灯管激发流经空气中活性氧簇的浓度，选择使用高浓度活性氧簇浓度传感器，其所采用的臭氧浓度传感器的最大量程和检测精度要求为100ppm±3ppm；在氙准分子活性氧簇消解(降解)功能之后，为了保障进入内部空间的活性氧簇的浓度被降解到绝对“安全有效的”浓度范围内，采用的低浓度活性氧簇浓度传感器所采用的臭氧浓度传感器的最大量程和检测精度要求为1ppm±0.004ppm。

8、本发明所提出的经过本发明技术下的氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统向内部空间输送绝对“安全有效的”浓度的依据来自于两个方面。

9、第一个方面是，由于采用由氙准分子光源激发的活性氧簇属于非常新的低温消毒技术，所以到目前为止还没有一国政府颁布的活性氧簇的安全浓度标准。基于此本发明人的技术团队目前借鉴我国国家标准对臭氧的绝对安全浓度≤0.05ppm的标准，构建了本发明下的氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统向内部空间输送的活性氧簇的绝对安全浓度应该控制在≤0.05ppm的标准。

10、另一个方面是，由本发明人技术团队委托第三方检测机构对低浓度的活性氧簇的空气消杀检测报告(如图1所示)的数据显示，在活性氧簇的浓度维持在0.04ppm-0.05ppm之间的四个小时以后，内部空间的微生物杀灭率在96％左右，这个消杀率已经超过国家颁布的《消毒技术规范》等相关技术法规规定的空气消杀率≥90％的空气消毒标准。如果能够达到这个空气消毒标准，就可以认定为实现了“空气生物净化”的技术目标。

11、图2由本发明人技术团队委托第三方检测机构对高浓度的活性氧簇的空气消杀检测报告(如图2所示)的数据显示，由图2可见，当活性氧簇的浓度达到4ppm-4.5ppm(8mg/m3-9mg/m3)左右时，在30min内对空气中的细菌的消杀率≥99％以上。由以上可见，在氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统中的氙准分子光源灯管激发的活性氧簇浓度越高，实现对空气的有害微生物的消杀率也就越高，所需要的时间也就越短。从技术的角度出发，可以在氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统中增加多根氙准分子光源灯管和/或增加氙准分子光源消杀净化模块串联使用，就可以无限制的增加活性氧簇的浓度，因为空气中21％的氧气有足够的氧气分子储备为氙准分子灯管激发足够高的活性氧簇的浓度。

12、目前病毒性传染病流行，人们普遍关心如何阻挡室内病毒的传播问题。消杀领域内的技术人员在看了图1、2的检测数据后都会得出如此浓度下的由氙准分子光源激发产生的活性氧簇既然可以实现对空气中的细菌进行有效的杀灭，自然也完全可以实现对空气中的病毒的消杀，这是因为病毒要比细菌更容易杀灭。所以由氙准分子光源激发产生的活性氧簇所表现的空气消杀特性具有足够的阻断病毒室内空气传播的作用。

13、氙准分子活性氧簇消解模块降解活性氧簇是通过可以把活性氧簇降解成氧气的过滤片来实现降解作用。可选择的活性氧降解滤片的材料可选择“臭氧催化剂”，例如zro2、zno、cds、wo3、fe2o3、pbs、sno2、zns、srtio3、sio2光触媒材料以及mno和mno2材质，以及可以降解臭氧的材料。选择臭氧催化剂的理由是氙准分子活性氧簇的组分尽管与空气电离产生的臭氧的组分有很大的差异，但是其它理化性质，主要是氧化性具有相同之处(存在氧化强度的差异)。通过我们的实际降解实验结果所知，臭氧催化剂也可以对活性氧簇进行催化降解作用。目前我们所使用的是光触媒滤片，对氙准分子光源激发的活性氧簇的一次性通过的降解率≥90％-97％之间。而一个更有意义的事实是被降解后的活性氧簇的降解产物是氧气，这对使用氙准分子光源激发的活性氧簇的安全应用提供了一个有力的支持。

14、如前所述，在本发明技术下的氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统中通过增加氙准分子光源灯管的数量可以激发足够高的活性氧簇浓度从而在很短的时间内实现≥90％的高消杀率的杀菌效果，从而使由氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统中输出的气流实现“空气生物净化”。但是基于活性氧簇的强氧化性，所以实现“空气生物净化”的气流必须将活性氧簇的浓度下降到0.04ppm-0.05ppm的安全有效的浓度范围内。也如前所述，使用臭氧降解滤片对活性氧簇降解后的产物是氧气，且目前使用的光触媒活性氧簇的一次通过降解率≥90％-97％之间，这样从理论上来说，在氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的设计中，可以通过叠加使用臭氧降解滤片的数量或串接设计使用“氙准分子活性氧簇消解模块”的数量，就可以将任何高浓度的活性氧簇降解到活性氧簇的浓度下降到0.04ppm-0.05ppm的安全有效的浓度范围内。这就是本发明说表述的氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的设计核心技术。

15、本发明所述的氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的制冷机理、制热机理、加湿机理与普通的室内空调新风系统的机理与采用的部件属于领域内的技术人员都了解的内容，所以就不再赘述了，因为领域内的技术人员在详熟了本专利申请的上述技术要素后，都可以依据领域内的专业知识设计与制造出本发明技术下的氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统，所以就不再赘述了，唯一需要交代的是在本发明说述的氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统中，采用湿帘加湿方式对流经系统的空气加湿。这是因为湿帘的加湿模式更适用于对人所在的空间加湿，因为来自于湿帘的水分是以水分子的状态向内部空间扩散。

16、氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的控制部分目前都采用以mcu(微控制器)为核心的数字控制系统组成，例如氙准分子光源的电气控制、各种传感器的数字采集控制、引风风机散热风机、制冷压缩机、加热器、水泵等ivc供气装置中的电器部件均采用以mcu为核心的数字控制系统。在mcu的数字控制系统中涉及到硬件电路的设计与软件的编程，其中软件编程中的一些算法软件都是模块式氙准分子光源消杀净化空调段设计的技术要素。但是这些技术要素对于领域内的技术人员来说，除了少数如软件算法外，都可以在了解了本发明的技术要素后，以不同的技术路线可以实现，所以对这部分的技术要素本发明就不再阐述了。

17、由上可见，氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统，其特征是由氙准分子光源的灯管、高浓度活性氧簇浓度传感器、气流导向隔板组成氙准分子光源消杀净化功能模块、由阻尼空气滤片、活性氧簇降解滤片、低浓度活性氧簇浓度传感器、气流导向隔板组成氙准分子活性氧簇降解功能模块，并与室外通风管道、室内通风管道、室外进风切换风阀、室内循环风阀、冷凝器、冷凝器散热风扇、初效过滤器、引风风机、蒸发器、制冷压缩机、加热器、水泵、储水罐、水帘、制冷剂管道为基本部件共同组成氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的基础架构。

18、氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的室内空调主机的进风口设计一个可以相互切换的风阀门。在本发明中，发明人为此专门设计了一种套筒式风管道切换阀门，如图3所示。在图3中，设定内套筒不转动，外套筒分a、和b两种转动状态，两种转动状态成90′状态关系。步进马达驱动外套筒进行往复90′的转动。当外套筒处于状态a时，in-1端口与out端口形成通风管路；当外套筒处于状态b时，in-2端口与out端口形成通风管路；步进电机往复在0′～90′之间精确地驱动内套筒转动，就可以使out端口与两个in-1端口与in-2端口之间进行风道切换。我们假定out端口是与氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的氙准分子光源消杀净化的室内空调主机的进风口连接，in-1端口是室内进风口，in-2端口是室外进风口，则驱动步进电机就可以在室内风与室外风在0～100％比例之间任意切换。图3的设计是步进电机驱动内套筒转动形成风道的切换。

19、图4是套筒式风管道切换阀门与氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的室内空气消毒净化空调柜机的连接接口示意图。在图4中，8是连接件；9所指的是连接件的端面与套筒式风管道切换阀门的驱动凸轮的端面；10是氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的室内空气消毒净化空调柜机的示意。如图4中的双箭头所示，将9所指的连接件的端面与套筒式风管道切换阀门的驱动凸轮的端面结合，就完成了氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的室内进风和室外进风的管道连接。

20、由上可见，室外进风切换风阀和室内循环风阀采用套筒式风管道切换阀门进行室内进风和室外进风的切换，套筒式风管道切换阀门是由管壁上开有孔的内套筒、内套筒驱动凸轮、内套筒驱动齿轮、步进电机、管壁上开有孔的外套筒组成，并通过步进电机驱动内套筒转动实现在氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的室内进风和室外进风的切换。

21、本发明所述的氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统的工作原理通过下面的实施例中进行阐述，为节约篇幅，就不做过多的赘述了。

22、本发明所述的氙准分子光源消杀净化的室内空调新风系统在空气生物净化领域可以产生的突出技术效果有以下几个方面：(1)可以有效地实现空气生物净化的静态和动态达标；(2)在被实施空气生物净化的区域内继续维持在0.04ppm-0.05ppm(0.08mg/m3-0.10mg/m3)之间活性氧簇浓度，可以有效地实现动态空气生物达标，同时活性氧簇还可以有效地净化像气溶胶这样的微小颗粒，从而获得完美的空气生物净化效果。

23、本发明的技术方案适用于空气生物消杀净化功能的集中空调通风系统设计领域，设计下的产品适用于集中空调送风系统产品使用的所有领域，如室内空气净化系统、交通工具的空气净化系统、工业和农业生产的空气净化系统，等相关空气生物净化领域。