一种新型手持式等离子物表消毒器

一种新型手持式等离子物表消毒器
摘要：针对传统的消毒器对物体表面消毒效率低，应用范围小以及副作用大等问题，设计了一款新型手持式等离子消毒器。

本产品具有消毒效率高、对人与环境友好、可融合搭载等特点。

本文主要介绍了产品的设计思路及各部件设计，并阐述了产品的工作原理。

本产品为预防传染疾病的传播提供了新型设备，为人们便携式消毒拓宽了可能性。

关键词：消毒；等离子；手持式
引言
当前，全国已经进入常态化疫情防控新阶段，但流行性感冒、霍乱、黄热病等传染病疫情频发。

消毒可以杀灭环境中的病毒，切断传播途径，是传染病防控的重要环节，在医疗防护和日常生活中发挥着重要的作用。

但目前市面上现有的消毒方式存在表面消毒效率低、适用范围局限、副作用大等问题。

为解决上述问题，本研究设计了一款新型手持式等离子物表消毒器，可对物体表面实现全覆盖、无死角消杀，常温下的消菌率可达93%以上，作用过程环保无害，并对各模块进行了微型化、轻量化处理。

1.绪论
1.1研究现状
如今我国已在抗疫中取得了明显的成效，社会秩序已逐步恢复正常。

后疫情时代，随着全国人民防护意识的加强，长期消毒的需求依然存在，预防传染疾病的发生和传播仍然重要。

因此我们仍需持续改进预防病毒传播的设备，来应对突发的病毒感染以及常见的传染病，如肺炎、肺结核、流行性感冒以及更为复杂的社会卫生问题。

为解决上述问题，本研究设计了一款手持式等离子物表消毒器，改善现有消
毒手段物体表面消毒效率低，适用范围局限以及副作用大等问题，并且便携式的
消毒杀菌产品更能够满足个性化消毒的需求。

本产品可同时实现消毒与杀菌功能，不仅具有杀菌效率高、环境友好，可与人共存的优点，还具有较高实用价值和商
业价值。

1.2国内现有的消毒产品现状
现在的消毒仪器主要用于餐饮消毒、空气消毒、水消毒、物体表面消毒等，
种类多样，但其仪器的消毒机制，主要可分为三大类，第一类是通过化学试剂灭
活细菌，第二类是通过紫外线照射灭活细菌，第三类是通过高温来灭活细菌。

应
用等离子消毒技术的消毒仪器几乎没有。

而国内外现在普遍涉及等离子的空气消毒产品，都是对吸入的空气进行等离
子消毒处理，这种消毒方式的弊端就是只能净化空气，而对桌面、地面、墙壁等
物体表面，包括重症病房中许多物品都无法较好的消毒。

而对于等离子定向喷射
技术，国内外的研究少之又少，该课题在国内外同类课题中处于领先水平。

1.3现有消毒仪器存在的问题
对于当下市面上的消毒仪器总结出三个主要问题：
消毒剂类消毒产品使用存在的问题：
（1）使用消毒液进行消毒时，易造成喷洒面积不均，消毒液喷洒过高或者
过低的现象；（2）消毒液大多含有次氯酸钠等刺激性物质，刺激性大，味道刺鼻，在密闭的环境下，大量吸入味道重的消毒液会损伤呼吸道黏膜、发生咳嗽、
咽喉肿痛、咳痰等现象，严重时可能会引起胸闷、呼吸不畅等。

（3）消毒液具有漂白性和腐蚀性的作用，会导致衣物等物品受到腐蚀、人
体器官出现不良反应。

（4）消毒液使用不当易引发危险，如消毒液不能和其他任何化学剂混合使用，混合使用可能会降低消毒液的消毒效果，还会产生有害气体。

75%浓度的酒
精不能喷洒于空气中，遇衣服静电或者明火，可能会燃烧。

紫外线类消毒产品使用存在的问题：
（1）紫外线只能对直接照射到的微生物起到杀灭的作用，因此只能对空间
中照射到的地方起作用，对于一些照射不到的死角或者是物品内部就无法达到消
毒目的。

（2）紫外线消毒灯会对人体造成伤害，如人体受到短时间照射，皮肤可能
会出现损伤，红肿、瘙痒等症状；长期的紫外线照射会导致白内障、失明、甚至
基因突变，具有致癌倾向。

（3）紫外线灭菌需要定期检测紫外线的强度，以保证灭菌效果。

高温类消毒产品的使用存在的问题：
（1）加热灭菌温度高，能耗大。

（2）具有一定的使用局限性，如原材料，仪器仪表。

塑料制品等不宜进行
高温灭菌。

1.4研究意义
随着生活水平的不断提高，人们迫切需要社会给他们提供一种舒适、卫生、
免受疾病威胁、保障身心健康的生活场所，个人防护受到了社会前所未有的关注。

但是目前市面上常见的传统消毒杀菌方式存在一定的局限性，难以解决消杀难题。

本研究设计了一款手持式等离子消毒器，可灵活、高效地对低温环境下的物表及
空气进行动态消毒，对人与物品无损害，对环境无污染，解决了传统消毒方法用
时多效率低，难以把控量的多少和损害健康、破坏环境的问题。

2.产品研制
2.1设计概述
基于实现本产品手持式便携使用以及高效消毒一体化的目的，综合考虑消毒
场所的复杂性，使该手持式等离子消毒枪能够为人们提供舒适、卫生，免受疾病
威胁的生活场所，解决消杀难题。

整体结构图1为手持式等离子消毒枪的结构示意图。

图1 手持式离子消毒枪结构示意图
手持式等离子消毒枪是用于环境消毒的小型工具，整体采用枪型布局。

本产
品包括扁平化喷嘴，显示灯，等离子活性保持组件，离子输送管道，等离子激发器，控制手柄，滤网和电机。

控制手柄的内部固定有电机，手柄的外部安设有控
制送风强度的按钮，为电动送风模块；等离子激发器的外部固定有离子输送管道，共同组成为空气电离模块；扁平化喷嘴和显示灯与其它部分可拆卸连接，通过多
智能平台搭载技术扩大应用范围。

2.2工作原理
由外接电源开始供电，接通开关，电机开始运行从外界吸气，并为空气电离
模块提供源源不断的原料，空气电离模块通电后开始电离出大量的等离子，通过
等离子定向喷射模块，将等离子喷出，实现物表消毒。

3.各零部件设计
表面等离子快速消毒机主要零部件可分为四部分：等离子激发装置、定向喷
射装置、等离活性保持装置、其他零部件。

3.1等离子激发装置的设计
等离子激发装置主要实现对输送空气的电离，为消毒提供等离子的功能。

等
离子激发器见图2。

图2 等离子激发器
等离子激发装置的核心部件是等离子激发器。

等离子激发器是高能离子的直
接来源。

等离子激发器的主体采用硼化玻璃制成外径和长度可以依据实际应用进
行选择和设计，经过实验，激发器管壁厚度必须一致，在0.8~1mm之间。

外电极
金属网采用不锈钢网编制而成，其中孔眼的间距会影响到电离效果。

内电极选用
镀银不锈钢网。

内部的电极网表面镀银。

经过实验，镀银层厚度在3-5μm效果
较好，内部采用不锈钢网，大大降低成本和工艺要求。

激发器与交流电服从一定的设计耦合关系，同时还与外界环境相适应，以确
保输出高能离子的浓度在规定范围内，且能够持续高效电离出高能离子。

设计离子输送管道，其直径与等离子激发器的内径大小一致，确保输送进入
等离子激发器的空气都经历电离环节才能进入下一个模块，充分利用电机提供的
动力，同时节省装置空间。

设计不同的电离档位，可以根据不同的应用场景自主选择档位，以满足不同
的消毒需求。

档位分为普通档和加强档，分别对应不同的理想电离高能离子浓度。

在装置工作状态下，选择上述两档位，在一定程度上能够满足不同应用场景
下高效消毒对高能离子的浓度的要求。

3.2定向喷射装置的设计
定向喷射装置主要实现高能离子定向喷射的功能。

定向喷射装置见图3。

图3 定向喷射装置
根据所需消毒效果，结合相关公式并进行多工况风机实验获得高能离子的耦合风速及确定扁平喷嘴的基本尺寸。

设计扁平化喷嘴增大喷射的压力，一是能增大高能离子与病菌的撞击力；二是能增大高能离子的喷射范围。

磁吸显示灯结合扁平化喷嘴实现对目标表面的精确定位，提高消毒的效率。

设计弧壁式喷射仓以减小离子摩擦损耗，优化产品功率与实际效果。

3.3等离子活性保持装置
等离子活性保持装置主要实现对等离子激发装置所激发的离子赋能和保持离子活性的功能。

等离子活性保持装置见图4。

图4 等离子活性保持装置
等离子活性保持装置的核心部件是温度控制器和离子加速器。

离子加速器利用单极放电技术，将负高压作为电子释放源，通过多个金属尖端向空间源源不断地释放高能电子，电子通过碰撞将未充分电离的氧气分子结合形成负氧离子；另一方面，负高压一极带负电，与负氧离子电荷同性，根据同性相斥的原理，可将电源电能转化为离子的动能和内能，使离子获得更高的能量，形成高能离子。

根据离子活性与温度在一定范围内成正相关，设计温度控制器，通过电热丝加热和控制系统将温度尽可能控制在一定范围内，使离子保持较高的活性。

3.4其它零部件设计
防吸金属滤网采用激光镂刻0.2mm超密金属滤网，能够有效防尘。

控制手柄电镀防滑纹理，设计贴合人体手部曲线，提高使用者的舒适性。

外壳采用坚固轻巧的尼龙玻纤材料，纳米喷涂uv加固，质硬不易损坏。

参考文献
[1]张浩天,谢思翔,李宏博等.一种新型便携式消毒呼吸面罩的设计[J].科学技术创新,2022(25):151-154.
[2]王乐,金薇薇,王玥等.基于后疫情时代的自动鞋子消毒器设计[J].西部皮革,2022,44(08):73-75.
[3]李少宏,张佳敏.后疫情时代背景下的消毒测温机器人[J].上海纺织科技,2022,50(04):79.DOI:10.16549/ki.issn.1001-2044.2022.04.065.
[4]刘仲秋.等离子体空气消毒器与层流净化系统及紫外线对手术室空气消毒效果的比较分析[J].中国医药指南,2019,17(15):298-
299.DOI:10.15912/ki.gocm.2019.15.233.
[5]金声.哈工程：空气净化消毒设备驰援抗“疫”一线[J].军民两用技术与产品,2020,No.436(02):24.DOI:10.19385/ki.1009-8119.2020.02.007.。