一种气溶胶清除消杀装置的制作方法

本发明涉及空气消杀净化及生物源致病因子传播途径控制，具体为一种气溶胶清除消杀装置。

背景技术：

1、经呼吸道传染的病原体，因其传播途径相对隐蔽，在人类历史中多次造成大流行。近20年来，无论是严重急性呼吸综合征 （sars-cov）、中东呼吸综合征（mers-cov）、流感病毒、人鼻病毒和呼吸道合胞病毒（rsv）等，均出现过广泛传播。当前，新冠病毒（covid-19）感染依然在威胁人类的健康。基于其作为rna病毒的不稳定性及全球广泛感染的高基数效应，可预计其影响仍将持续。而且，考虑到自然界中广泛存在可经呼吸道传播的病毒、细菌及真菌等微生物的多样性，新冠之后，是否仍将出现新的具有人群健康危险的疾患流行事件仍是未知。因此，采用有效的策略，妥善的应对经呼吸道传染病原体的威胁，是保证人类健康，保障社会经济发展的不可忽视的实际需求之一。

2、传统的传染病防治三环节包括控制传染源，切断传播途径及保护易感人群。在历史上及现实中，针对经呼吸道传染的病原体有效的控措施均力图针对这三环节着手。其中，传染原的控制可通过对其的识别及管理；而易感人群的保护则有赖于现代医药科学的进步。相比之下，传播途径的控制，则可以借助现代工业技术，通过对环境的干预来实现。对于呼吸道病原体而言，接触受感染者咳嗽和/或打喷嚏时产生的飞沫，或接触被飞沫污染的表面（污染物）已被广泛认为是主要的传播方式。然而，在新冠病毒（covid-19）大流行期间的诸多证据均证明，飞沫和污染物传播不能单独解释众多超级传播事件的发生，以及室内和室外环境传播行为之间的差异。越来越多的证据证明，污染性气溶胶，才是导致新冠全球大流行，防不胜防的关键原因。新冠相关污染性气溶胶，一般认为是新冠感染者产生的直径小于100微米，大部分小于5微米的可在1.5米高度静止空气中悬浮超过5秒，且其中带有可致病病毒量颗粒的统称。研究表明，感染之后无论是正常呼吸、咳嗽、打喷嚏、说话及唱歌等与呼吸系统相关的活动均可产生大量污染性气溶胶，而一旦未感染者吸入这些含病毒的气溶胶，即可能发生感染。2021年，世界卫生组织（who）及美国疾病控制与预防中心(cdc)均正式承认，吸入含有病毒的气溶胶是新冠短距离和长距离传播的主要传播方式。而且，基于飞沫和污染物的直接与间接传播方式，已经有一些基于人群行为可行的控制方式，比如口罩，社交距离，表面清消等。但气溶胶无色无味，且可在适宜条件下漂移，相对而言更难于及时发现与清除。最新的新冠变种毒株基本再生（传染）数r0已达20以上，除了免疫逃逸外，高传染性气溶胶的产生，在其中也起着非常重要的作用。因此，应对新冠及可能经气溶胶传播的其他呼吸道传染病原体流行，针对气溶胶本身的清除消杀手段，显得尤为的重要。

3、现有研究提示，不同尺寸的气溶胶产生于呼吸道的不同部位，与相应的呼吸相关行为关系密切。但整体而言，各种呼吸活动产生的气溶胶数量和病毒载量远高于飞沫。气溶胶颗粒体积很小，可在空气中徘徊，在通风不良的空间积聚，并可短距离和远距离吸入。最终影响空气传播的因素包括不同大小的呼吸相关气溶胶颗粒中的病毒载量、病毒在气溶胶中的稳定性以及病毒的剂量-反应关系等。病毒在气溶胶中的寿命是其物理转移和生物失活的函数，受温度、湿度和紫外线辐射等环境因素的影响。而气溶胶颗粒本身的存在状况，则又主要受到环境气流及通风换气等的影响。室外有风的情况下，污染性气溶胶即使产生，也会被很快清除，难于积聚为可致易感者感染的量。这也是室外社交距离控制可以有效阻断传播的原因之一。相对棘手的是封闭与半封闭环境。这些场合下往往缺乏传染性气溶胶的有效且全面清除措施，且往往存在相对的气流流通死角，反而容易出现传染性气溶胶的积累。但是，保障社会正常生产生活的许多关键设施实际上均为封闭与半封闭环境，比如大型工矿、医院、学校、商超、餐饮等。这更凸显了控制传染性气溶胶及其消杀对采用多环节、多方式结合来最终控制大流行的重要意义。

4、需要指出的是，新冠实际上与大多数呼吸道传播疾病相同，并非一接触到病毒，就必然发生感染。虽然新冠新变种的r0可达20以上，但环境病毒载量、易感者接触病毒量、病毒毒力及免疫系统状态等仍能很大程度上决定实际再生（传染）数rt。甚至于，一些研究也已指出，在病毒载量较低时，即使感染，也能降低出现严重症状的比例。因此，在新冠实际上已经广泛流行的客观事实之下，清除封闭与半封闭环境中的传染性气溶胶实际上无需做到保证完全无病原体，有效降低传染性气溶胶的积聚已经能够达到有效保护人群的目的。许多措施已经被用作进行这些场合的传染性气溶胶控制，比如，强调通风换气，环境紫外消毒，空气净化消杀系统的使用等。这些措施均取得了一些效果，但也仍有各自的限制与缺陷。比如，因建筑本身设计等原因，其内一旦有传染源的存在，传染性气溶胶的产生及源源不断，且向周围逐渐扩散。即使引入外部的空气气流（如利用hvac系统），但一方面气溶胶可能在一些区域积聚，且传染性气溶胶在外排时也可能污染外在环境，反而导致新的感染。紫外线已被证实能够有效的杀死细菌与病毒，当然也包括对新冠病毒的消杀。有效且廉价的特点也凸显了其作为可广泛采用控制措施的价值。但单纯的紫外消毒一方面因为紫外线会直接导致对照射人员的健康威胁；另外，虽然uvc段紫外可产生臭氧增强其杀菌杀病毒的作用，但臭氧的积聚，也会对人群与环境造成影响。最重要的是，紫外消杀需要紫外线作用于传染性气溶胶一段时间，而当有气流存在时，往往难于达到累积有效照射量而影响其消杀效果。一旦传染源存在，传染性气溶胶的产生源源不断，紫外很难做到针对性的对此进行高效的处理。因此，紫外对于新冠流行期间气溶胶消杀的价值仍存在一定的争论。许多空气净化与消杀系统也已被用于对新冠等呼吸系统传播传染病的控制。就当前的研究而言，这些手段确实也取得了一定的效果。比如，一些强制在堂食区域安装hepa系统的尝试已被证明能够在一定程度上压降新冠的传播曲线。但确定有效的hepa系统成本较高，且致病因子会在hepa滤过系统中积聚，影响其长期效果可靠性的同时也可能在进行后续处理时带来继发危险。另一方面，hepa等系统的隔离滤过设计方式决定了，当需要提供大气流滤过环境时，hepa滤过系统需进行针对性设计，这影响了其使用的灵活性。其他一些先进的空气处理措施也已在一些清消设备上被应用，比如低温等离子体，光触媒活化及电磁反应场相关技术等。但这些措施要达到确切效果，均需要作用于全部气流，且同样需要一定的作用时间。而当存在需要处理高载毒量、大气流、大通量、长时程应用的场合时，其有效性、可靠性、安全性及可及性等均仍受到一些质疑。而面对新冠新变种高达20以上的r0，任何确定性不够高的传播途径控制措施，其实在最终传染结果上都未必有足够的意义。

5、综上所述，新冠及其他呼吸道传染疾病对人群健康及社会发展造成了巨大影响，需要有效的加以控制。从切断传播途径的角度，气溶胶的清除消杀措施尤为重要，特别是在封闭与半封闭环境。现有一些措施已经在对此提供解决方案，但因其各自的限制，在使用便利性、可靠性、有效性及长期安全性等方面仍存在不足，这导致应对高再生数的病毒变种时力有未逮。提出新的，针对性的气溶胶清除消杀手段有着极其重要的现实需求与意义。

6、本发明提供了一种气溶胶清除消杀装置，结合已被证明确切有效的驻极熔喷布病毒阻隔，紫外及升温消杀手段，提供确切有效，可靠且能保证长期安全的传染性气溶胶清除消杀整体解决方案。进一步，本发明利用滤过组件“可更换”的手段，解决了现有传播途径控制措施的一些关键缺陷。并且，本发明可以与现有各种其他措施结合使用，以更好的达到切断传播途径的目的，为危害甚大的呼吸道传染病的控制提供新的可能性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种气溶胶清除消杀装置，解决了如何保证在特定需求下低成本、有效且安全的截留传染性气溶胶颗粒，为病原体消杀过程提供适宜条件，从而确切清除环境中传染性因子，切实降低封闭/半封闭环境呼吸道传染病感染可能性的问题。本发明的技术方案强调装置结构的简单及灵活性，可以与现有各种空气清消设施设备配合使用，从而更有效的控制环境中的致病因子，为一些对人类具有较大威胁的呼吸道传染疾病的最终控制提供可能性。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种气溶胶清除消杀装置，其特征在于：由内置的紫外消杀组件、可更换的驻极非织造布滤过组件、以及恒温控制组件组成；所述紫外消杀组件置于装置中气流方向进端位置；所述可更换的驻极非织造布滤过组件通过机械嵌合方式固定于装置内部以确保分隔气流进端与气流出端；所述恒温控制组件包含置于驻极非织造布滤过组件气流出端后方的测温部件及加温部件。

3、优选的，所述紫外消杀组件紫外线波长范围为250-270nm。

4、优选的，在驻极非织造布滤过组件气流出端后设置紫外杀菌，并且装置内腔壁覆以紫外线反射材料。

5、优选的，驻极非织造布滤过组件由大于等于2层的驻极非织造布叠加组成。

6、优选的，驻极非织造布滤过组件中非织造布为返折结构。

7、优选的，驻极非织造布滤过组件为圆筒型，并能旋转。

8、优选的，恒温控制组件控制驻极非织造布滤过组件气流出端侧温度为50-56℃。

9、优选的，在装置进气端加装初效过滤及进气湿度调节部件。

10、优选的，在装置出气端加装臭氧清除部件及扩散性香氛。

11、优选的，将装置加工成与现有设施设备气道相匹配的形状。

12、本发明提供了一种气溶胶清除消杀装置。与现有技术相比具备以下有益效果：该气溶胶清除消杀装置，针对现有技术难于平衡气流的高效通过与传染性气溶胶颗粒有效清除消杀之间矛盾的缺陷，提供了创新且有效的解决方案。利用已经被证实能够有效截留传染性气溶胶的驻极非织造布，将气流中可能存在的气溶胶颗粒阻隔于驻极非织造布过滤层上，为内置于气流方向进端位置的紫外消杀充分作用于潜在的含病原微生物颗粒，达成确切的消杀效果提供了充足的时间。驻极非织造布的微粒截留效果，有赖于其驻极电荷，而非单纯的纤维机械阻隔。事实上，驻极处理被认为是解决气流通过阻力和过滤效率这对矛盾的优选办法，而且，驻极处理导致纤维之间的一定排斥，实际上是有利于增加气流通过效率的。因此，以相对较薄的驻极非织造布滤过组件隔离气流进端与气流出端，不仅能够保证对传染性气溶胶的有效清除，也可以在较低气道阻力的前提下，提供更大气流流量的可能性。进一步，于驻极非织造布滤过组件后端设置的恒温控制组件，可以通过测温部件与加温部件的协同工作，有效的保证驻极非织造布温度长时间恒定于一定区间，这可以有效杀灭一些温度敏感性病原，如新冠病毒。如此，即使因驻极非织造布颗粒吸附方向的非可控性，气溶胶颗粒未能有效的持续受到前端紫外消杀组件的照射，长时间的控温处理，也已足以有效杀灭绝大部分传染性颗粒中的病原，避免继发污染。本技术方案特别适宜于需要大气流高效处理的场合，因为驻极非织造布过滤层不仅提供了对气溶胶颗粒的截留，紫外杀菌加上温控处理双重的效果进一步提供了对于传染性因子切实消杀的更强容错性。驻极非织造布滤过组件被设计为可更换，是本发明技术方案的又一关键技术手段。驻极非织造布清除颗粒有赖其上静电势，但受限于多种因素，如湿度、储存时间、化学物质及气溶胶本身性质等，驻极非织造布工作时维持其有效过滤能力的时间并不很长。紫外处理虽然能够有效杀灭留存于驻极非织造布滤过组件上的病毒，但无论是紫外线本身，还是由于照射产生的臭氧，实际上是不利于驻极非织造布上的电荷维持。所以，为保证装置整体的使用效果，对驻极非织造布滤过组件根据实际情况进行更换是有必要的。并且，为了便于更换处理，机械嵌合的方式被选择，这既保证了可靠的气流进端与出端的隔离，相比于其他固定方式，也更加的方便后期处理。即使在极端条件下出现非织造布层破裂，气流阻隔稳定性破坏，机械嵌合的方式也可保证简单迅速的进行组件更换。需要特别说明的是，针对如新冠之类高r0的传染病，驻极非织造布单独长期使用仍有被少量致病性颗粒突破而至下游风险的可能性，特别是大气流条件下；因此，本技术方案中附加设置了位于前端的紫外消杀与位于后端的温控处理双重控制措施，以应对长时间使用或非预期高传染性气溶胶压力环境，力求尽量降低漏过污染性颗粒，降低清除后气流再致的感染风险。实际上，现有许多文献已经证明，对于如新冠等疾病，有效降低环境病毒载量将显著减少环境中易感者感染的风险。并且，低病毒载量环境，即使感染，症状及出现后续传染的风险也明显更轻。因此，本技术方案实际上是在气流通过及污染气溶胶清除中寻求的平衡，并非单纯的追求绝对清除。另外，恒温控制处理实际上在本技术方案中有更多特殊的益处。既然湿度、化学物质及未清除的气溶胶颗粒残留将显著影响驻极非织造布上的电荷存留，置于其后而提升局部温度的设计可有效应对这些因素的影响，更好的保证滤过组件的清除效率。最后，驻极非织造布过滤层本身足够的廉价且易加工，更换下的滤过组件进行无害化处理也相对容易，而无论是紫外还是恒温控制均是工业上非常易于实现的技术，这些都保证了本技术方案的广泛可用性。本发明的技术方案特别适宜于在需要大气流通过或针对如新冠这类高r0但本身环境抵抗力不强的病原体进行清除消杀的场合应用，并可以方便的结合其他的清消方式，提供更灵活有效的组合式效果，以为保证人群健康，降低高传染性因子的危害提供帮助。

13、本发明的一个优势是在气流方向进端位置采用可靠、成本较低且持续使用稳定性相对好的紫外消杀。相对一些新型消杀方式，紫外消杀装置小巧且耗能低，这进一步拓展了本技术方案的适用范围。uvc波段的紫外线能够直接破坏dna或rna的分子结构，达到杀菌消毒的效果。并且，在用于气流消毒的场合，uvc波段的紫外线有产生臭氧的可能性，而这些臭氧同样能够达到一定杀灭病原微生物的效果。考虑到本发明首先应对新冠流行的形势，但也不排除对其他经呼吸道传播病原体气溶胶的针对性消杀，因此，本技术方案中提出了优选的紫外消杀组件紫外线波长范围为250-270nm。在此范围内，可以根据预期目的进行进一步的优选与调整，以提供更具有针对性的清消效果。另外，考虑到虽然驻极非织造布可以截留污染性气溶胶颗粒，但在为保证大气流通过，确保高风险颗粒被有效消杀或过于长期使用后驻极非织造布其上电荷损失明显等情况下时，置于驻极非织造布滤过组件气流出端后的恒温控制可能在有效灭杀污染性病原的效率上有所不足。在这些情况下，在气流出端后设置紫外杀菌，并且装置内腔壁覆以紫外线反射材料是一种可行的优选方法。即使在这些情况下，因为有驻极非织造布层的阻隔，即使有颗粒漏出，其停留时间及脱落速度均较之无隔离气道的情况下更有利于紫外线的有效灭杀，对整体装置的容错性提供了进一步的提升。

14、本发明的核心技术手段是可更换的驻极非织造布滤过组件的使用。因此，在达成解决本发明技术方案针对首要技术问题的同时，在驻极非织造布滤过组件设计上的优选，可以进一步的拓展本发明的适用范围，提供更好的应用效果。比如，当需要强调清除截留效果时，可采用大于等于2层的多层驻极非织造布叠加的方式。如此，多层的共同作用，可以将漏过的可能性进一步的降低。需要说明的是，在以这种多层叠加使用时，各层驻极非织造布之间可有间隔也可无间隔。各层之间无空隙时可直接增加截留的能力，而各层之间设置空隙时，既调整整体气流阻力，并能提供一部分的单层破裂容错。若考虑增加驻极非织造布滤过对极大气流压力的抗性，可以考虑在其两侧增加加强层。虽然全覆盖式加强层会增加气道阻力，但若采用刚性具大孔框架，此干扰因素可有效降低。在需要增加整体滤过面积，以更好的应对大气流场合时，将驻极非织造布加工为返折结构是一种可行的优选。这种结构已在如车用滤器等场合被证明其有效性与可靠性。当然，由于驻极非织造布，尤其是层数较少时，其结构保持能力相对较差。返折结构可能更不利于隔离层形貌的保持，这种情况下，附加的保护结构，如增加可透紫外线的刚性框架有可能也是需要的。还有一种优选方式是将驻极非织造布滤过组件整体加工为方便其围绕紫外光源旋转的形状，如圆筒型等。这种设计，当驻极非织造布滤过组件围绕紫外光源旋转时，可进一步保证其接受紫外辐射均匀，以更好的保证污染性颗粒的消杀。另外，因旋转而导致的内腔气流变化，也可以在局部形成贴面气流，提升截留效率的同时，进一步增强如继发产生的臭氧等消杀因素的作用。

15、本发明的又一个技术手段是设置在驻极非织造布滤过组件气流出端后方的包含测温部件及加温部件的恒温控制组件。如上所述，其目的是保持截留病原性颗粒的滤过层具有恒定的温度，以杀灭一些非耐温病原并应对驻极无纺布的劣化因素，进一步保证装置整体的清消效果。为此，在针对如新冠等呼吸系统传播病毒时，50-56℃是较为优选。这个温度范围已能保证新冠等病毒在30分钟左右即被有效灭活，能够达到清除针对驻极电荷的不利因素的效果，又不至于因为过高的温度造成对驻极非织造布的直接损伤且能够降低对能源供应的要求。

16、本发明技术方案的一种优选是，在进气端加装初效过滤滤网，以初步清除较大的颗粒物。这种设计在所处环境除了生物污染，还有其他复杂污染源的场合尤其适用。虽然本发明技术方案中已经使用了诸如驻极非织造布滤过组件可更换的技术手段，但如若环境过于恶劣，加之又是大气流使用的环境，宝贵的气溶胶微粒清除所需驻极电荷很容易被复杂的大颗粒物给消耗，导致本发明设计目的的气溶胶清消效果迅速下降。这种情况下，可首先过滤复杂大颗粒物的初效过滤部件将有较大意义，这种初效滤网可直接整合在本装置整体进气端，以确保复杂大颗粒物无法进入整个装置，既避免其对驻极非织造布的影响，也避免其干扰紫外的消杀。另外，考虑到需处理气流的湿度，不仅影响传染性气溶胶中各种颗粒的状态，也直接影响紫外消杀效果及驻极非织造布上驻极电荷的留存。在进气端加装的进气湿度调节部件将帮助平衡这些因素的影响，更好的保证装置能够达成预期目的。在气流的出口端，本发明的技术方案也可进行优选。比如，因uvc的使用而带来的臭氧产生，虽然可以进一步帮助进行消杀，但若直接不加处理任其溢出至装置外，将可能带来对环境的一些不利影响，尤其是使用相对更高能量的紫外光源长时间持续消杀时。这种情况下，在出气端加装臭氧清除部件将是可行的控制方法。另外，既然可以清除气流中的一些物质，在出气端加装可挥发性的物质也是可行的。已有一些研究指出，某些可挥发物质有助于渗入空气中的气溶胶颗粒，并发挥一定的杀伤其中的病毒的作用。而令人心旷神怡的扩散性香氛的使用，也可帮助调节封闭/半封闭场所内人员的心情，从而改善机体功能，从另一条途径帮助应对疾病。最后，本发明的技术方案希望的是可以灵活的和现有其他空气清洁，污染物清消的各种技术方案相结合，以达到更好的病原体清除消杀效果。本发明整体结构较为简单，所用技术手段均易于实现，对能源的需求也相对较低。因此，本发明所涉装置，可以根据现有设施设备的气道形状进行设计，以匹配现有设施设备，方便安装使用。这在需要配合现有风路，以尽快达成对高传染性病原体气溶胶的去除，保证场所中人员的安全意义重大。本发明所涉装置还可直接整合入一些具有特定尺寸要求的场合，以增强这些场景下对如新冠变种等高r0病毒的消杀能力。这些可能的场景包括但不限于：家用空气消毒机，场所用新风系统，hepa和/或hvac，及气溶胶清除消杀机器人等。

17、本发明涉及的气溶胶清除消杀装置结构简单，成本相对低廉，截留气溶胶有效且能提供确切的传染性气溶胶消杀手段。其气道阻力相对低，且通过关键截留过滤部件可更换的方式，避免了现有技术方案的一些明显缺陷，可靠性强，安全性高。并且，使用方式灵活，可以与现有各种手段结合，用于各种不同场合的气溶胶清消。因此，此气溶胶清除消杀装置的广泛应用，将有可能大大降低某些场所人群的呼吸道传播病原体感染几率，为终结这些传染性疾病的流行，增进人群健康提供帮助。

18、为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。