一种基于等离子体的冷链消毒一体机的制作方法

一种基于等离子体的冷链消毒一体机
【技术领域】
1.本实用新型涉及物流消毒技术领域，尤其涉及一种基于等离子体的冷链消毒一体机。


背景技术：

2.等离子体被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态，由阳离子、中性粒子、自由电子等多种不同性质的粒子所组成的电中性物质。等离子体按照热力学性质可分为两种，其一是高温等离子体，其二是低温等离子体。低温等离子体放电过程中虽然电子温度高，但离子和中性粒子等重粒子温度低，整个体系呈现低温状态接近室温。
3.利用低温等离子体可以杀灭空气中、物体表面的细菌和病毒。而低温等离子体活化水(paw)是用低温等离子体处理不同性质水的统称，由于paw的ph低，并以活性氧化物、活性氮化物为其主要活性成分，其对细菌、酵母、霉菌和病毒等微生物具有很强的杀灭效果，并且具有操作简单、处理时间短、效率高等优点，是一种绿色清洁且安全有效的新型灭菌技术，可满足目前市场对绿色无公害产品的追求。
4.现有的冷链物流消毒机器都是直接使用配置好的消毒液在通道内进行喷洒消毒，如专利申请号：cn202122711246.8公开了一种物流包裹自动消毒装置，通过喷头将消毒液喷向物流包裹的同时翻转电机带动物流包裹转动，这样可以使物流包裹全面消毒，但是采用的消毒液大多是次氯酸钠溶液等含氯消毒液或单过硫酸氢钾溶液，含氯消毒液易受有机物及酸碱度的影响,有腐蚀性,不稳定,有难闻的氯味,浓度髙可对皮肤、黏膜产生刺激性，而且其与甲醛接触或用热水稀释都可生成致癌物质；而单过硫酸氢钾溶液虽然不产生有毒有害“三致”副产物，但是其保存和运输依然是一个问题。这些常用消毒液对环境都有一定的危害，而且对于大批量的货物，消毒液消耗量会大大增加，消毒成本非常高；为了减少对环境的危害，使用过的废液也需要进行集中处理，流程繁琐且提高了人力成本。
5.本实用新型即是针对现有技术的不足而研究提出的。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于等离子体的冷链消毒一体机，其目的在于将等离子体处理过的活化水应用于冷链货物的消毒，由此解决现有冷链消毒机采用的消毒液会产生有害副产物、污染环境、成本过高等问题。
7.本实用新型可以通过以下技术方案来实现：
8.本实用新型公开了一种基于等离子体的冷链消毒一体机，包括等离子体放电装置和与其配套的消毒机主体装置；所述消毒机主体装置包括处理水箱、缓冲水箱、喷雾箱、喷淋箱、消毒通道外壳、调速滚筒、喷雾头和喷淋头，所述等离子体放电箱通过软管与所述处理水箱相连，所述等离子体放电箱包括等离子体放电装置和纳秒脉冲电源，所述处理水箱入口与水龙头相连，所述处理水箱出口与所述缓冲水箱的入口相连，所述缓冲水箱的出口与所述喷雾箱和所述喷淋箱的入口相连，所述调速滚筒均匀的设置在机架上并由电机驱动
转动，所述机架上还固定有消毒通道外壳，所述消毒通道外壳与调速滚筒形成消毒通道，所述消毒通道内均匀分布有喷雾头和喷淋头，所述喷雾头通过管道与喷雾箱连接，所述喷淋头通过管道与喷淋箱连通；
9.其中，所述等离子体放电装置是用于产生paw，本实用新型提供了三种放电结构，包括一种体积介质阻挡放电(vdbd)结构、一种表面介质阻挡放电(sdbd)结构和一种体积-表面混合介质阻挡放电(v-sdbd)结构；
10.优选的，vdbd结构包括圆柱壳体、同轴固定在圆柱壳体内部的电介质材料圆柱管和同轴固定在电介质材料圆柱管中的金属放电电极；所述圆柱壳体和电介质材料圆柱管之间无缝隙，所述电介质材料圆柱管和电介质材料圆柱管内部的金属放电电极之间有一定放电间隙；所述金属放电电极包括至少50个放电尖端；所述圆柱壳体接地；所述金属放电电极接纳秒脉冲电源的高压输出端；
11.优选的，sdbd结构包括圆柱壳体、同轴固定在圆柱壳体内部的电介质材料圆柱管和至少14个片状金属电极；所述圆柱壳体和电介质材料圆柱管之间无缝隙；片金属状电极均匀固定在电介质材料圆柱管内壁上；所述圆柱壳体接地；所述片状金属电极接纳秒脉冲电源的高压输出端；
12.优选的，所述v-sdbd结构包括两个同轴圆柱壳体、两个同轴电介质材料圆柱管和一个同轴圆柱面金属网状电极；两个圆柱壳体分别安装在最外和最内侧；两个电介质材料圆柱管在两个圆柱壳体之间，分别与两个圆柱壳体之间无缝隙安装，两个电介质材料圆柱管中间有放电间隙，所述圆柱面金属网位于中间的放电间隙中并与外侧的电介质材料圆柱管紧贴；两个圆柱壳体接地；所述圆柱面金属网接纳秒脉冲电源的高压输出端；
13.优选地，所述等离子体放电装置安装在等离子体放电箱中；所述等离子体放电箱尺寸为400
×
450
×
400mm左右，内部包括等离子体放电装置、散热风扇、气泵、纳秒脉冲电源；所述气泵设置在正对前述软管位置；所述等离子体放电箱的功能是通过等离子体放电装置放电产生足够多的活性物质。
14.优选地，还包含两个水箱，分别是处理水箱和缓冲水箱；所述处理水箱通过电磁水阀和外界水龙头相连，处理水箱还通过软管和等离子体放电箱相连，将等离子体放电装置放电产生的活性物质直接处理成paw；所述缓冲水箱通过内置的抽水泵和处理水箱相连，缓冲水箱将处理水箱中经过充分处理的活化水暂时储存起来，在处理水箱和喷雾箱中起到缓冲作用，保证喷淋以及喷雾不会因为缺液补液而停止，同时处理水箱里的水也能得到充分的活化；处理水箱和缓冲水箱的尺寸都在400
×
150
×
400mm左右，水容量都在30l左右。
15.优选地，所述喷雾箱将缓冲水箱中的paw呈雾状通过喷雾头喷出，实现物流货物表面消毒，喷雾箱尺寸在300
×
600
×
350mm左右，其中水容量在10l左右；所述喷淋箱将缓冲水箱中的paw通过喷淋头均匀洒出，喷淋箱耗水量比喷雾箱更大，消毒效率更高，喷淋箱尺寸在300
×
600
×
350mm左右，其中水容量在30l左右；这两种水箱为设备提供了两种不同的工作模式，即喷雾消毒模式和喷淋消毒模式，适用于不同的工作场景。
16.优选地，所述消毒通道主要由消毒通道外壳和调速滚筒组成、所述毒通道内至少有8个喷雾头和至少有8个喷淋头，所述消毒通道上还固定有集水集雾装置。所述消毒通道外壳尺寸在1600*1100*800mm左右；所述调速滚筒尺寸在直径50mm*长度900mm左右，所述调速滚筒由电机驱动转动，调速范围6-20m/min；喷雾头和喷淋头安装在消毒通道内部四个方
向上，确保360
°
充分消毒；所述集水集雾装置包括雾气回收装置和paw回收装置，雾气回收装置位于消毒通道出口处，而paw回收装置位于消毒通道底部，所述雾气回收装置包含固定在消毒通道上的气管，所述气管一端固定在消毒通道内部，所述气管另一端与等离子体放电箱连接，所述气管上还固定有气泵，通过气管上气泵作用对消毒通道出口位置的雾气吸取后排入到等离子体放电箱内，paw回收装置包含接水盘，所述接水盘包含底板，所述底板上端四周侧均固定有挡板，所述底板上端面倾斜设置，所述接水盘通过水管连接等离子体放电箱，所述水管设置在底板上最低位置，它们能有效将喷出的paw进行回收再利用，雾气和paw再次通回等离子体放电箱中进行再处理和对处理水箱补液，这样既能提高paw中活性成分的浓度，还能很好地适应大批货物所需的快速、高效、自动消毒情况。
17.本实用新型与现有的技术相比有如下优点：
18.1.本实用新型基于等离子体的冷链消毒一体机将paw和传统消毒模式进行结合和创新，将paw应用在了冷链消毒中，采用的消毒液原材料是自来水，成本低廉；处理产物是paw，其以活性氧化物、活性氮化物为其主要活性成分，对细菌、酵母、霉菌和病毒等微生物具有很强的杀灭效果，并且具有操作简单、处理时间短、效率高等优点，喷洒在空气中也不会对人产生危害，绿色清洁且安全有效，可满足目前市场对绿色无公害产品的追求。
19.2.本实用新型采用的vdbd装置和v-sdbd装置主要产生臭氧、羟基和双氧水等长寿命活性氧氮粒子，与水进行作用产生的活化水能有效消杀沉积在冷链货物表面的细菌和病毒。而sdbd装置，由纳秒脉冲高压驱动产生大体积等离子体，使雾气回收装置收集的雾滴与等离子体充分作用，吸收短寿命高活性气相等离子体活性成分如单线态氧、过氧亚硝酸等，进一步增强雾滴活性，提升消杀效果。
20.3.本实用新型采用的脉冲介质阻挡放电装置放电状态稳定，其中vdbd装置采用的多尖端介质阻挡放电结构，增加了介质阻挡放电中放电电极周围的电场，降低了装置的放电起始电压，同时等离子体放电区域可以覆盖整个放电间隙，空气处理率高，并且电极机械结构稳定；而sdbd装置采用片状金属电极作为放电电极阵列，在电极间隙处的电场得到了极大的增强，同等电压下放电更强，放电区域集中在片状金属电极附近，活性物质产量更高；v-sdbd装置采用网状金属电极作为高压放电电极，同时具有内外双地电极的特殊结构，这样兼顾了sdbd活性物质产量高的优点下，还将气流限制在了等离子体放电区域部分，同时具有空气处理率高和放电强度大的优点。
21.4.本实用新型采用的活性气体处理自来水的方法，将等离子体放电部分和水分离开，减小了高压电极和水接触的概率，避免了系统运行中发生漏电事故的可能性，大大提高了整个系统的电气可靠性和运行稳定性。
【附图说明】
22.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
23.图1为本实用新型的结构示意图；
24.图2为实施例1中的等离子体放电装置结构示意图；
25.图3为实施例2中的等离子体放电装置结构示意图；
26.图4为实施例3中的等离子体放电装置结构示意图；
27.图5为三个实施例处理产生的活化水中硝酸根离子no
3-的含量；
28.图6为三个实施例产生的活化水中过氧化氢h2o2的含量；
29.图7为三个实施例处理产生的活化水中臭氧o3的含量；
30.图8为本实用新型对货物纸箱表面细菌消杀模拟现场鉴定试验的检测结果
31.图中：1、等离子体放电箱；2、处理水箱；3、缓冲水箱；4、喷雾箱；5、喷淋箱；6、消毒通道外壳；7、调速滚筒；8、喷雾头；9、喷淋头；10、电气控制箱；11、触摸显示控制屏；12、集水集雾装置。
32.图2中：101a、圆柱壳体；101b、电介质材料圆柱管；101c、放电间隙；101d、金属放电电极；
33.图3中：102a、圆柱壳体；102b、电介质材料圆柱管；102c、片状金属电极；102d、放电间隙；
34.图4中：103a、圆柱壳体；103b、电介质材料圆柱管；103c、金属网状电极；103d、放电间隙；
【具体实施方式】
35.下面结合附图对本实用新型的实施方式作详细说明：
36.等离子体活化水(paw)消毒是等离子体消毒技术的一个分支，它属于一种间接的消毒方式。paw是通过水溶液与放电产生的等离子体活性物质接触，并且在气液环境下发生一系列的化学效应而产生的。活化水中包含大量活性物质，比如no
2-、no
3-、h
+
、h2o2、o3、onoo-及o
2-等，部分物质对微生物有着极强的杀灭作用。与等离子体直接灭菌相比，活化水灭菌的劣势是缺少了放电产生的紫外光、超声波、强电场等灭菌途径，但是其优点也十分明显。灭菌范围方面，等离子体直接杀菌方式，只能在等离子体放电覆盖到的较小范围内起到作用，而活化水可以与大面积的消毒对象充分接触，更为彻底的对微生物起到杀灭作用；活性物质方面，在活化水中，虽然放电产生的暂态物质无法直接对微生物发挥杀灭作用，但是气液环境可以使活性物质形成更为丰富的反应体系，进而生成一些对微生物有着致命作用的产物，从而达到高效的细菌病毒杀灭效果。
37.参见图1，本实用新型提供了一种基于等离子体的冷链消毒一体机，包括等离子体放电箱1、处理水箱2、缓冲水箱3、喷雾箱4、喷淋箱5、消毒通道外壳6、调速滚筒7、喷雾头8、喷淋头9、电气控制箱10、触摸显示控制屏11和集水集雾装置12，等离子体放电箱1通过软管与处理水箱2相连，等离子体放电箱1包括等离子体放电装置和纳秒脉冲电源(未图示)，处理水箱2入口与水龙头(未图示)相连，处理水箱2出口与缓冲水箱3的入口相连，缓冲水箱3的出口与喷雾箱4和喷淋箱5的入口相连，调速滚筒7均匀的设置在机架上并由电机(未图示)驱动转动，机架上还固定有消毒通道外壳6，消毒通道外壳6与调速滚筒7形成消毒通道，消毒通道内均匀分布有喷雾头8和喷淋头9，喷雾头8通过管道与喷雾箱4连接，喷淋头9通过管道与喷淋箱5连通。
38.等离子体放电装置位于等离子体放电箱1中，在等离子体放电箱1中，通过气泵为等离子体放电装置提供工作气体，纳秒脉冲电源为等离子体放电装置提供脉冲放电电压，散热风扇助等离子体放电装置散热；等离子体放电装置的出口与处理水箱2相连，将处理产生的paw和活化雾等通入处理水箱2中；在处理水箱2中，等离子体放电装置产生的含有多种活性成分的工作气体自来水进行充分接触反应，再加上循环处理的paw，产生消毒所需的总
paw；
39.参见图1，在消毒通道中，处理水箱2一边通过电磁水阀和外界水龙头相连，另一边通过水管与缓冲水箱3相连，在缓冲水箱3中的等离子活化水液位下降到一定程度后，会通过其内置的抽水泵(未图示)将处理水箱2中处理好的paw抽入缓冲水箱3中；缓冲水箱3通过水管与喷雾箱4和喷淋箱5相连，提供消毒所需的消毒原液(即paw)；
40.喷雾箱4一边和缓冲水箱3通过水泵和水管连接，另一边通过喷雾箱4内置的雾化装置和喷雾头8连接；喷淋箱5一边和缓冲水箱3通过水泵和水管连接，另一边和喷淋头9通过水管连接；雾化装置为常规的可以将液体雾化的装置，就不在做详细说明。
41.消毒通道主要由消毒通道外壳6和调速滚筒7组成、消毒通道内固定有8个喷雾头8和8个喷淋头9，消毒通道上还固定有集水集雾装置12。消毒通道外壳6尺寸在1600*1100*800mm；调速滚筒7尺寸在直径50mm*长度900mm，调速范围6-20m/min；8个喷雾头8和喷淋头9安装在消毒通道内部四个方向上，确保360
°
充分消毒；消毒通道上还固定有集水集雾装置12，集水集雾装置12包括雾气回收装置和paw回收装置，雾气回收装置位于消毒通道出口处，而paw回收装置位于消毒通道底部，雾气回收装置包含固定在消毒通道的气管，气管一端固定在消毒通道内部，气管另一端与等离子体放电箱1连接，气管上还固定有气泵，paw回收装置包含接水盘，接水盘包含底板，底板上端四周侧均固定有挡板，底板上端面倾斜设置，接水盘通过水管连接等离子体放电箱1，水管设置在底板上最低位置，它们能有效将喷出的paw进行回收再利用，雾气和paw再次通回等离子体放电箱1中进行再处理和对处理水箱2补液，这样既能提高paw中活性成分的浓度，还能很好地适应大批货物所需的快速、高效、自动消毒情况。
42.电气控制箱10负责整个设备的电气运行和控制功能；触摸显示控制屏11是整个设备的外部控制端口，并且可以实时显示设备的运行状态，包括等离子体放电箱1的工作状态、处理水箱2和缓冲水箱3的液位、各个水泵的工作状态等；触摸显示控制屏11还可以切换设备工作状态，自动工作模式和紧急情况下手动工作模式，喷雾模式或者喷淋模式，还能进一步控制每个水箱的补水补液；集水集雾装置12能将喷出的paw雾气和液体进行回收再利用，再次通回等离子体放电箱1中进行再处理和对处理水箱2补液，这样既能提高paw中活性成分的浓度，还能很好地适应大批货物所需的快速、高效、自动消毒情况。
43.其中，等离子体放电箱1用于产生制备paw所需的活性成分，主要包括等离子体放电装置和配套的散热风扇、气泵、纳秒脉冲电源，
44.基于以上结构和原理的基础上；
45.实施例1中的等离子体放电装置如图2所示，实施例1中的等离子体放电装置为体积介质阻挡放电(vdbd)结构，包括金属圆柱壳体101a、同轴相连的电介质材料圆柱管101b、放电间隙101c和同轴多尖端金属放电电极101d；电介质材料圆柱管101b为石英玻璃管；多尖端金属放电电极101d为环状尖端放电电极，包括50个尖端放电结构；金属圆柱壳体101a接地；金属圆柱壳体101a和金属放电电极101d为铝制成；离子体放电箱1采用的多尖端介质阻挡放电结构，增加了介质阻挡放电中放电电极周围的电场，降低了装置的放电起始电压，同时等离子体放电区域可以覆盖整个放电间隙101c；
46.具体地，金属圆柱壳体101a的直径为90mm，厚度为1mm；电介质材料圆柱管101b厚度为2.5mm；放电间隙101c为3mm；金属放电电极101d与纳秒脉冲电源的高压输出端相接，电
压为5～15kv。
47.实施例2中的等离子体放电装置如图3所示，实施例2中的等离子体放电装置为表面介质阻挡放电(sdbd)结构，包括金属圆柱壳体102a、同轴相连的电介质材料圆柱管102b、片状金属电极102c和放电间隙102d；电介质材料圆柱管102b为石英玻璃管；片状金属电极102c为14个，材料为铝；片状金属电极102c均匀的固定在电介质材料圆柱管102b内，金属圆柱壳体102a接地，金属圆柱壳体102a为304不锈钢制成；sdbd装置放电主要发生在片状金属电极102c附近，与在电极之间的气隙中产生微放电通道的vdbd相比，在高压电极边缘启动放电并沿电介质表面传播的sdbd具有较低的起始放电电压和较高的能量输出；
48.具体地，金属圆柱壳体102a的直径为90mm，厚度为1mm；电介质材料圆柱管102b厚度为2.5mm；片状金属电极102c之间的间隔为10mm，并且与纳秒脉冲电源的高压输出端相接，电压为5～15kv。
49.实施例3中的等离子体放电装置如图4所示，实施例3中的等离子体放电装置为体积-表面混合介质阻挡放电(v-sdbd)结构，包括圆柱壳体103a、同轴的电介质材料圆柱管103b、金属网状电极103c和放电间隙103d；同轴圆柱壳体103a共有两个，位于v-sdbd装置的最外侧和最内侧；电介质材料圆柱管103b共有两个，分别与两个同轴圆柱壳体103a相连；金属网状电极103c是304不锈钢网；v-sdbd兼具vdbd和sdbd的优点，气隙和电介质材料表面上的电场远大于vdbd和sdbd放电区域的电场，等离子体区域覆盖面积更大，活性物质产率高；
50.具体地，圆柱壳体103a的直径分别为90mm和70mm，厚度为1mm，材料为304不锈钢；电介质材料圆柱管103b的厚度为2.5mm，材料为石英玻璃；金属网状电极103c厚度为1mm，网格面积为1mm2，材料为304不锈钢；金属网状电极103c与纳秒脉冲电源的高压输出端相接，电压为4～15kv。
51.参见图5-图8，对本实用新型提供的基于等离子体的冷链消毒一体机进行测试，结果表明，本实用新型实施例提供的等离子体放电箱1和处理水箱2，在30min内处理的产生的paw的各种活性物质含量，包括过氧亚硝酸(hoono)、过氧化氢(h2o2)和臭氧(o3)，可以看出，本实用新型实施例提供的三种放电装置中，vdbd、sdbd和v-sdbd装置产生活性物质的效率依次增加，但都达到了消毒所需的浓度，同时三种装置产生的paw的ph值都小于3；而且，经过集水集雾装置12回收循环利用的水，经过再处理后，活性物质浓度的都得到了很大的提高。在基于等离子体的冷链消毒一体机对货物纸箱表面消毒模拟现场鉴定试验中，该设备对货物表面的细菌消杀比例为99.99％，相比于市场上的冷链物流消毒机的消毒效果有显著提高。
52.本实用新型实施例提供的基于等离子体的冷链消毒一体机的使用方法包括以下步骤：1、将设备外设的水管接口通过水管与水龙头相连，打开水龙头，给设备电源插头通上电，在触摸显示控制屏11上选择自动工作模式，此时设备将开始自动工作。
53.2、首先处理水箱2中的液位传感器感应到水位过低，内置电磁水阀打开，由水龙头向处理水箱2中补充自来水；待水位升高到正常值后，电磁水阀关闭，等离子体放电箱1开始工作，箱内的三种放电装置放电产生所需的臭氧、羟基和双氧水等长寿命活性氧氮粒子，由气泵通过软管将这些活性物质通入处理水箱2与自来水充分反应，作用20min后，缓冲水箱3通过水泵将处理好的paw抽入其中。至此，paw预处理环节结束，设备进入正式消毒环节。
54.3、当消毒的对象为外表面不可浸湿的货物时，可选择喷雾工作模式，喷雾量为3l/
h-8l/h可调。此时喷雾箱4会从缓冲水箱3中抽取paw至指定液位，然后喷雾头8开始工作，在消毒通道内喷出等离子体活化雾，同时调速滚筒7开始工作，这时就可以从消毒通道外壳6入口装货进行消毒，建议货物之间间隔大于0.3m。
55.4、当消毒的对象外表面可以浸湿，并且消毒货物量需求很大时，可选择喷淋工作模式，喷淋量为40l/h-60l/h可调。此时喷淋箱5会从缓冲水箱3中抽取paw至指定液位，然后喷淋头9开始工作，在消毒通道内喷洒paw，同时调速滚筒7开始工作，这时就可以从消毒通道外壳6入口装货进行消毒，建议货物之间间隔大于0.3m。
56.5、消毒通道底部的集水集雾装置12的管道打开，它可将喷雾头8和喷淋头9喷洒出的雾气和积累在消毒通道底部的paw收集起来，重新通回等离子体放电箱1中进行进一步处理，这样不仅能提高paw中的活性成分含量，同时还可以在喷淋需求很大的情况下弥补paw不足的短板。
57.6、开始消毒后，若喷雾箱4或喷淋箱5中的paw液位下降到低液位后，会自动从缓冲水箱3中抽水，直至补满为止；而缓冲水箱3中的液位下降到低液位后，会自动从处理水箱2中抽取处理好的paw，在这个过程中，等离子体箱1暂停工作；待缓冲水箱3中的液位上升到指定位置，抽水完成后，处理水箱2中的电磁水阀打开，由外界水龙头向处理水箱2中补水至指定液位，然后电磁水阀关闭，等离子体箱1开始工作，至此水箱配合系统完成一轮工作循环。需要说明的是，不论是喷雾箱4还是喷淋箱5，在各自的工作模式下，paw的消耗速度都没有超过处理箱2产生有效paw的速度。
58.7、若工作场所无水龙头或者接水龙头不方便时，可在触摸显示控制屏11上选择手动控制模式，则在处理水箱2缺水时，触摸显示控制屏11(11)会进行缺水报警，这时需要手动给处理水箱2进行补水，其他装置的工作方式和自动模式相同。
59.8、若对消毒效率有更高要求时，可选择喷雾+喷淋工作模式，此时两套系统会同时工作。
60.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型，也应视为本实用新型的保护范围。