張衛(wèi)香　羅天平　王桂如　黃佳麗

摘 要：針對(duì)高校女生炎癥高發(fā)病及流行問(wèn)題，設(shè)計(jì)了適合集體宿舍環(huán)境個(gè)人使用的折疊式智能微型消毒倉(cāng)。采用紫外線和臭氧雙能殺菌，精巧設(shè)計(jì)了紫外線和臭氧殺菌優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和能量增強(qiáng)及傳遞轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。運(yùn)用體積識(shí)別和質(zhì)量識(shí)別自動(dòng)控制消毒能量和消毒時(shí)間，能殺滅女生內(nèi)褲、衛(wèi)生紙巾99.999%的病毒和細(xì)菌。

關(guān)鍵詞：折疊消毒倉(cāng)；智能控制；紫外線臭氧雙能殺菌

中圖分類(lèi)號(hào)：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）04-0039-02

Abstract： In order to solve the problem of high incidence of inflammation and prevalence among female students in colleges and universities， a foldable intelligent miniature disinfection bin suitable for individual use in dormitory environment was designed. Ultraviolet and ozone are used to sterilize bacteria. The advantages of ultraviolet and ozone sterilization are complementary to each other， and the energy is enhanced and the transfer structure is transferred. The use of volume recognition and quality identification to automatically control disinfection energy and disinfection time can kill 99.999% of viruses and bacteria in girls' underwear and sanitary napkins.

Keywords： foldable disinfection bin； intelligent control； ultraviolet and ozone dual sterilization

近年來(lái)，我國(guó)女性炎癥發(fā)病呈現(xiàn)整體上升和平均年齡下降趨勢(shì)。抽樣調(diào)查顯示女大學(xué)生罹患女性炎癥高達(dá)80%，其中一年內(nèi)發(fā)生5次以上的達(dá)到34%。對(duì)集體宿舍女生貼身衣物經(jīng)常消毒是防止女性炎癥發(fā)生和阻斷流行并保障女生健康的有效措施。微型智能消毒倉(cāng)即針對(duì)這一社會(huì)問(wèn)題設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)目標(biāo)為，可折疊收納、微型、高效滅菌消毒、智能控制、無(wú)殘留、低溫安全。高效滅菌消毒采用密閉空間高強(qiáng)度紫外線和高濃度臭氧雙維消毒結(jié)構(gòu)，智能控制采用傳感識(shí)別自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，采用新材料、新結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)打開(kāi)消毒折疊方便收納、攜帶。

1 密閉空間高強(qiáng)度紫外線消毒原理

太陽(yáng)光里波長(zhǎng)在200～380nm之間的叫做紫外線，紫外線通常分為三個(gè)區(qū)域：315～380nm為UVA紫外線，280～315nm為UVB紫外線，200～280nm為UVC。實(shí)驗(yàn)證明，UVC紫外線具有殺菌作用。本世紀(jì)生物學(xué)研究成果表明，導(dǎo)致女性炎癥的支原體、衣原體、鏈球菌等微生物的脫氧核糖核酸（DNA）對(duì)UVC紫外線有很強(qiáng)的吸收性，UVC紫外線傳遞的能量集中作用微生物DNA上，使得微生物核酸發(fā)生突變。一種情況是直接損害微生物細(xì)胞，抑制細(xì)胞的活性使微生物直接死亡；另一種情況阻止其復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等一系列的繁殖活動(dòng)。起到殺菌消毒的作用。精準(zhǔn)光譜測(cè)試，UVC紫外線中對(duì)微生作用最強(qiáng)烈的是248nm-254nm之間的紫外線。

紫外線消毒的另一個(gè)效果指標(biāo)是照射強(qiáng)度，照射強(qiáng)度及作用能量，足夠能量才能造成微生物DNA損壞。紫外線照射后的細(xì)菌的殘存率可以用下面的公式表示出來(lái)。

S=P/PO=e-Et/Q

S：細(xì)菌的殘存率

PO：紫外線照射前細(xì)菌數(shù)量

P：紫外線照射后細(xì)菌數(shù)量

t：照射的時(shí)間（s）

Q：當(dāng)細(xì)菌的殘存率S在1e=36.8%時(shí)所需要的紫外光照射量。

下表為實(shí)驗(yàn)取得殺滅不同微生物所需UV照射劑量

紫外線殺菌的實(shí)質(zhì)是光化學(xué)反應(yīng)，符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)已有的試驗(yàn)研究結(jié)果，照射強(qiáng)度在60000μJ/cm2對(duì)病毒殺滅率的可達(dá)99.999%。

2 密閉空間高濃度臭氧消毒原理

臭氧（O3）是具有3個(gè)氧原子的氧氣（O2）的同素異形體。1840年德國(guó)C.F.舍拜恩在電解稀硫酸時(shí)發(fā)現(xiàn)該氣體并命名為臭氧。研究表明，臭氧是廣譜、高效、快速殺菌劑，它可迅速殺滅使人和動(dòng)物致病的各種病菌、病毒及微生物，利用它的強(qiáng)氧化性，可以在較短時(shí)間內(nèi)破壞細(xì)菌、病毒和其他微生物的生物結(jié)構(gòu)，使之失去生存能力。

臭氧的殺菌機(jī)理在于它的強(qiáng)氧化功能。臭氧可以直接氧化分解細(xì)菌內(nèi)部葡萄糖所需的特殊酶，使細(xì)菌滅活死亡。導(dǎo)致女性炎癥的主要微生物包括支原體、衣原體、細(xì)菌和陰道滴蟲(chóng)等。臭氧可以透過(guò)細(xì)胞膜組織侵入細(xì)胞內(nèi)，對(duì)細(xì)胞外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖進(jìn)行氧化分解，導(dǎo)致細(xì)胞器和DNA鏈斷裂，使得致病的微生物發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。臭氧滅菌為溶菌級(jí)殺菌，殺菌徹底，無(wú)殘留，可殺滅細(xì)菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等，并可破壞肉毒桿菌毒素，還對(duì)霉菌也具有極強(qiáng)的殺滅作用。

本消毒倉(cāng)密閉空間設(shè)計(jì)為12.25dm3，采用高頻放電生成臭氧和紫外線擊碎氧原子合成臭氧雙重方式，可以很短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)3-4ppm臭氧高濃度小環(huán)境，迅速?gòu)浡秸麄€(gè)滅菌空間，滲透到消毒紡織物內(nèi)層。由于氧化分解微生物的作用時(shí)間很短，滅菌消毒時(shí)間取決于臭氧滲透入紡織物深層的時(shí)間和臭氧原子活動(dòng)與微生物結(jié)合幾率時(shí)間。經(jīng)測(cè)試，臭氧濃度3ppm，作用時(shí)間20分鐘，細(xì)菌殺滅率為99.9%。

安全性，密閉空間打開(kāi)后，臭氧會(huì)溢出大環(huán)境，對(duì)于10m2以上的房間，臭氧溢出混合后正好處于空氣清新閥值0.02ppm以下。具有殘余正向綜合效益。附著在紡織物上的臭氧可以自動(dòng)還原為氧原子，不存在任何有毒殘留。

3 雙能結(jié)合殺菌消毒原理

紫外線和臭氧殺菌的共同問(wèn)題是對(duì)人的影響：紫外線照射強(qiáng)度過(guò)低殺菌效果微弱，紫外線照射強(qiáng)度過(guò)高會(huì)對(duì)人體皮膚造成傷害；臭氧濃度在0.01-0.02PPm時(shí)會(huì)給人空氣清新的感覺(jué)，卻幾乎沒(méi)有殺菌效果，當(dāng)臭氧濃度達(dá)到0.15ppm時(shí)會(huì)感受到臭味并對(duì)呼吸道產(chǎn)生刺激，理想殺菌的臭氧濃度應(yīng)該在1.5ppm以上，如果人在這個(gè)環(huán)境里會(huì)對(duì)人造成功能性損害。本設(shè)計(jì)巧妙地解決了這個(gè)兩難問(wèn)題：設(shè)計(jì)了一個(gè)12.25dm3活動(dòng)的相對(duì)密閉的微型消毒倉(cāng)，在這個(gè)密閉小空間里生成超強(qiáng)照度的紫外線和超高濃度的臭氧形成強(qiáng)力高效的殺菌消毒環(huán)境，就在人的身邊，卻對(duì)人及其它小動(dòng)物毫無(wú)影響。

本設(shè)計(jì)很巧妙地結(jié)合了化學(xué)能和光能殺菌優(yōu)勢(shì)。紫外線殺菌的缺陷是存在光線照射不到的死角，雖然倉(cāng)內(nèi)采用了全漫反射涂層消除了表層死角，我們的消毒標(biāo)的主要是紡織物，松軟紡織物內(nèi)層將存在大量死角，而且是細(xì)菌病毒的好場(chǎng)所。彌漫在消毒倉(cāng)內(nèi)超高濃度臭氧可以滲透到紡織物內(nèi)層，殺滅內(nèi)層微生物。

在能量傳遞轉(zhuǎn)換組合上，巧妙地設(shè)計(jì)了能量增強(qiáng)、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。消毒倉(cāng)內(nèi)壁為全漫反射涂層，紫外線在倉(cāng)內(nèi)形成全漫反射，在消毒標(biāo)的物表面形成多維照度疊加，增強(qiáng)照度強(qiáng)度。根據(jù)朗伯定律10W石英發(fā)光管即可以在消毒倉(cāng)內(nèi)形成大于60000μJ/cm2照射強(qiáng)度，殺滅照射面99.99%的微生物。同時(shí)，60000μJ/cm2的紫外線能量會(huì)將空氣中的氧分子擊碎成氧原子，受能的氧原子會(huì)組合成臭氧（O3），增加倉(cāng)內(nèi)臭氧濃度。

消毒倉(cāng)內(nèi)臭氧依靠紫外光能轉(zhuǎn)換無(wú)法達(dá)到3ppm的設(shè)計(jì)目標(biāo)，單獨(dú)增加了高頻電離生成臭氧裝置。可以在3分鐘內(nèi)將消毒倉(cāng)內(nèi)臭氧濃度提高到3ppm。

4 傳感識(shí)別自動(dòng)控制及折疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本微型消毒倉(cāng)采用傳感識(shí)別自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)。根據(jù)待消毒物品的質(zhì)地和大小自動(dòng)控制紫外線發(fā)射功率、臭氧發(fā)生器放電時(shí)間和頻率及消毒時(shí)間。傳感器采用圖像傳感器和壓力傳感雙信息采集。圖像傳感器識(shí)別消毒物品的大小，壓力傳感器識(shí)別消毒物品的重量。體積信息和重量信息可以計(jì)算出消毒物品的質(zhì)地。將消毒物品大小和重量換算成紫外線強(qiáng)度控制、臭氧濃度控制和消毒時(shí)間控制。實(shí)現(xiàn)高效精準(zhǔn)殺菌消毒。也可以手動(dòng)控制紫外線強(qiáng)度、臭氧濃度和消毒時(shí)間。組合設(shè)計(jì)，一鍵控制，操作簡(jiǎn)單。

采用折疊、撐開(kāi)結(jié)構(gòu)，折合即成一本16開(kāi)的書(shū)，便于收納和出行攜帶。打開(kāi)即成一個(gè)微型消毒倉(cāng)。消毒倉(cāng)由底座盒子、內(nèi)撐金屬骨架和內(nèi)反光布罩組成。石英紫外線光管、臭氧發(fā)生器、可折疊金屬骨架、開(kāi)關(guān)及控制器均安裝在底座盒子里。內(nèi)帶反光涂層且不透光的布罩下端連著底座盒子，頂部有可打開(kāi)的布罩蓋子。外觀結(jié)構(gòu)如圖1：

該智能微型消毒倉(cāng)專(zhuān)門(mén)為集體宿舍女生和出差女性設(shè)計(jì)，女性可以很方便地將內(nèi)褲和紙巾放置在倉(cāng)內(nèi)消毒，消毒一次可以使用一周。消毒倉(cāng)對(duì)細(xì)菌、病毒等微生物殺滅率在99.99%水平，可以使得女性敏感部位衣物絕對(duì)處于無(wú)菌狀態(tài)。阻斷女性炎癥傳播，提高女大學(xué)生健康水平。持外，本消毒倉(cāng)也可以用于兒童手絹、嬰兒內(nèi)衣消毒，還可以用于即食水果消毒等。適用人群基數(shù)大兩億人，具有良好的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

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