CN108310412B - 等离子体消毒装置及包含该装置的马桶 - Google Patents

等离子体消毒装置及包含该装置的马桶 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子体消毒装置及包含该装置的马桶，包括升压器、第一电阻、针电极组件，所述升压器的第一输出端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述针电极组件，所述升压器具有用于接地的第二输出端；所述针电极组件包括针电极固定板以及一端固定于所述针电极固定板的多个针电极，其目的在于实现高压下安全地使用等离子体进行空气杀菌。此外，本发明还公开了包括该装置的马桶，以解决目前马桶消毒方式较为麻烦且没有解决马桶内排水消毒的技术问题。

Description

等离子体消毒装置及包含该装置的马桶
技术领域
本发明属于等离子体应用技术领域，更具体地，涉及一种等离子体消毒装置及包含该装置的马桶。
背景技术
近年来，等离子体消毒行业得到了快速的发展，在空气消毒领域，出现了大量的等离子体空气消毒设备。目前，一些等离子体反应器不能在高压下工作，不能产生高浓度的等离子体，杀菌效果不如在高压下工作能够产生高浓度等离子体的设备好。另外，一些等离子体消毒装置的结构复杂，操作不便，同时如果采用高压产生等离子体，还要充分保障其安全性。所以需要一种高压下能安全地使用等离子体进行空气杀菌的等离子消毒装置。此外，公共卫生间和家庭卫生间大部分使用的是坐式马桶，坐式马桶在给人们的日常生活带来很大的便利的同时，也由于其与人体接触较为紧密，因此存在着细菌滋生、交叉感染的问题。因此解决坐式马桶的清洁消毒问题非常重要，当前的坐式马桶大多数的杀菌消毒的大部分分为采用消毒液喷射、使用马桶坐垫进行隔绝交叉感染以及紫外灯杀菌消毒的方式。然而这几种马桶消毒的方法都在一些方面存在着不足：喷射消毒液杀菌操作相对较为麻烦，人们需要频繁地对马桶进行清洗，这个过程也会直接接触细菌；而使用马桶坐垫只是起隔绝作用，对空气中的细菌等有害物质的处理没有效果，不能从根本上杜绝细菌的滋生，并且长久地使用马桶坐垫自身也会带有细菌，需要经常地进行清洗；紫外灯杀菌消毒方式在实际工作中的杀菌效果并不是很明显，并且没有解决排水的消毒问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种等离子体消毒装置，其目的在于实现高压下安全地使用等离子体进行空气杀菌，本发明还提供了一种包含该装置的马桶，以解决目前马桶消毒方式较为麻烦且没有解决马桶内排水消毒的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种等离子体消毒装置，包括升压器、第一电阻、针电极组件，所述升压器的第一输出端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述针电极组件，所述升压器具有用于接地的第二输出端；所述针电极组件包括针电极固定板以及一端固定于所述针电极固定板的多个针电极。
优选地，还包括连接于所述升压器第二输出端的第二电阻。
优选地，还包括电源，所述电源的输出端连接所述升压器的输入端。
优选地，所述第一电阻的阻值为100MΩ～150MΩ，所述升压器的输出电压为4KV～15KV。
优选地，所述针电极包括金属针以及套设所述金属针的介质管；所述介质管的材料为绝缘材料，所述金属针部分封装在所述介质管内且所述金属针的针尖露出在所述介质管外。
优选地，所述针电极固定板为绝缘材料，其具有对应多个针电极的多个孔，所述孔内填充有导电材料，所述针电极固定于所述针电极固定板的部位为所述金属针的针尖，所述针电极固定板用于固定针尖的部位为所述孔。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种包括上述任一项所述等离子体消毒装置的马桶，包括马桶座、马桶圈、马桶盖、喷雾器，所述喷雾器固定在所述针电极固定板上或者与所述马桶座活动连接，所述喷雾器的喷嘴朝向所述马桶座内部，所述针电极固定板活动连接在所述马桶盖内表面或所述马桶圈上。
另外，本发明还提供了一种针电极组件，包括针电极固定板、一端固定于所述针电极固定板的多个针电极，所述针电极包括金属针以及套设在所述金属针外部的介质管。
优选地，相邻所述针电极之间的距离为2mm～10mm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有下列有益效果：
(1)本发明提出了一种等离子体消毒装置，包括升压器、第一电阻、针电极组件，所述升压器的第一输出端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述针电极组件，所述升压器具有用于接地的第二输出端；所述针电极组件包括针电极固定板以及一端固定于所述针电极固定板的多个针电极。该装置接通电源后，电源通过升压器给针电极输出高压，高压通过针电极的尖端对空气放电，产生大面积的空气非平衡等离子体，当等离子体作用于空气时，其中的活性粒子如O3、N2O5、H2O2等能快速有效地杀死空气和物体表面的细菌，达到消毒灭菌的效果。由于包括第一电阻，通过该电阻可以抑制电弧和火花的产生，因此该等离子体是安全的，人体可以接触，保证了该装置的安全性。又因为该装置通电后即可使用，操作便捷。
(2)本发明提出了一种包括等离子体消毒装置的马桶，包括喷雾器，喷雾器的喷嘴朝向所述马桶座内部，针电极固定板活动连接在马桶盖内表面或马桶圈上。本发明提出的这种马桶，可以对马桶座、马桶圈以及周边的空气进行消毒灭菌，达到对马桶清洁处理的效果，并且通过喷雾器向马桶内喷水，将产生的杀菌活性粒子带入水中，进一步对马桶内的水杀菌消毒。相对于现有技术中马桶的消毒方式，本发明产生的等离子体对马桶表面和空气都会产生很好的消毒效果，操作更加方便，并且能杀死水中的细菌，杀菌更加彻底。
(3)本发明提出了一种针电极组件，包括针电极固定板、一端固定于所述针电极固定板的多个针电极，针电极包括金属针以及套设在金属针外部的介质管。针电极置于介质管内有助于增加电晕的扩散，还有助于改善放电的空间范围。此外，由于该针电极组件的每个金属针外均设置有介质管，放电时可以减少相邻金属针之间的抑制作用。针电极固定板是用于固定多个针电极，起支撑作用。由于该针电极组件包含了多个针电极，当与等离子的放电装置配合使用时，其放电效果比单个针电极好，而且通过针电极固定板的支撑，多个针电极可以很好地集成到一起，使用起来更加方便。
(4)本发明提出的针电极组件中相邻针电极之间的距离大于等于2mm且小于等于10mm，相邻针电极之间的距离大于等于2mm是为了减少相邻针电极之间的影响，相邻针电极之间的距离小于等于10mm是为了留有更多的空间分布更多的针电极且同时不至于影响针电极的产生等离子体的效果。
附图说明
图1是本发明的多个针电极在针电极固定板上排列的方式示意图；
图2是本发明的单个针电极的组成结构示意图；
图3是本发明的马桶的马桶盖与针电极固定板的连接示意图；
图4是等离子体消毒装置的电路连接示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-针电极固定板；2-孔；3-针电极；301-金属针；302-介质管；4-等离子体；5-喷雾器；6-马桶盖、7-绝缘部分；8-电源；9-开关；10-升压器；11-第一电阻；12-第二电阻；13-高压电缆；14-针电极组件；15-杂散电容。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图4所示，本发明提出的等离子体消毒装置的电路连接示意图，包括升压器10、第一电阻11、针电极组件14，升压器10的第一输出端连接第一电阻11的第一端，第一电阻11的第二端连接针电极组件14，升压器10具有用于接地的第二输出端；针电极组件14包括针电极固定板1以及一端固定于针电极固定板1的多个针电极3。其中，升压器10是用于获得高电压，使输入到针电极组件14的电压满足产生等离体子的电压要求；第一电阻11起限流的作用，抑制电弧的产生，而且限制电流还有利于获得相对均匀的等离子体，升压器10输出的高压通过针电极组件14产生流注电晕放电，针电极固定板1起到固定多个针电极3的作用，方便将多个针电极3集成到一体。第一电阻11可用环氧树脂胶封装在聚四氟乙烯管内，并通过高压电缆13与该装置的高压端(即图4中升压器10的第一输出端)连接，高压电缆13与第一电阻11、高压电缆13与高压端的连接处均使用环氧树脂胶封装，以保证安全。
该装置接通电源后，电源通过升压器10给第一电阻11和针电极3输出高压，高压通过针电极3的尖端对空气放电，产生大面积的空气非平衡等离子体，当等离子体作用于空气时，其中的活性粒子如O3、N2O5、H2O2等能快速有效地杀死空气和物体表面的细菌，达到消毒灭菌的效果。由于包括第一电阻11，通过该电阻可以抑制电弧和火花的产生，因此该等离子体是安全的，人体可以接触，保证了该装置的安全性。又因为该装置通电后即可使用，操作便捷。
其中，杂散电容15是该电路在工作时产生的。
第一电阻11的阻值为100MΩ～150MΩ，升压器10的输出电压为4KV～15KV。若第一电阻11的阻止大于150MΩ，放电较弱甚至无放电，若第一电阻11的阻值小于100MΩ，则第一电阻11的限流效果不佳。升压器11的输出电压小于4KV时，提供的电压不够，放电效率不佳，若继续增大输出电压则会增加绝缘保护的成本。
该等离子体消毒装置还包括连接于升压器10第二输出端的第二电阻12，第二电阻12的输出端接地即升压器10通过第二电阻12接地，由于第二电由此进一步限制了该装置回路中的电流，提高了装置的安全性。
该等离子体消毒装置还包括电源8，电源8的输出端连接升压器10的输入端。电源8可以是直流电源，如锂电池，也可以是交流电源，如家庭用电。当采用直流电源时，升压器10可以为直流升压器；当采用交流电源时，升压器10可以为变压器。
如图2所示，针电极3包括金属针301以及套设在金属针301外部的介质管302；介质管302的材料为绝缘材料，金属针301为不锈钢材料，如聚四氟乙烯，金属针301部分封装在介质管302内且金属针301的针尖露出在介质管301外。该针电极3的制作方法是在介质管301内用环氧树脂胶填充介质管301与金属针301之间的空间，同时保留金属针301的针尖不填充，露出的针尖是为了连接在针电极固定1上。金属针301的针尖露出在介质管302外的长度为1mm～3mm，若金属针301的针尖露出在介质管302外的长度大于3mm，则横向放电会逐渐减小；若金属针301的针尖露出在介质管302外的长度小于1mm，则纵向放电和横向放电区分明显，放电不均匀。
金属针301的长度为17mm～25mm，若金属针301的长度大于25mm，则会增加利用空间，无需太长即可满足放电需求，若金属针301的长度小于17mm则不利于放电。金属针301的直径为0.1～0.2mm，金属针301的针尖的曲率半径小于等于0.1mm，若曲率半径大于01mm，则放电效果不好。
此外，该金属针301靠近介质管的内壁，且在径向上金属针301与金属针301所靠近的介质管302的内壁之间的距离为0.05mm～0.4mm。通过实验结果得知，当金属针301与所述介质管302内壁之间的距离在此范围时金属针301越贴近介质管302的管壁，该结构越有利于扩大放电空间的范围。
如图3所示，多个所述针电极3并联，所有针电极3结构相同、间距相同且均匀分布在针电极固定板1上。与针尖对应的金属针301的另一端通过第一电阻11连接升压器10。
针电极固定板1为绝缘材料，其具有对应多个针电极3的多个孔2，优选地，该孔2为圆形孔，便于制作与连接针电极3。孔2内填充有导电材料，针电极3固定于针电极固定板1的部位为金属针301的针尖，针电极固定板1用于固定针尖的部位为孔2。绝缘板的材料为聚四氟乙烯烷氧基树脂、塑料等。另外，如图3所示，该针电极固定板1也可直接由导电部分和绝缘部分7组成，绝缘部分为带有多个孔2的绝缘板，导电部分镶嵌在孔2中，针电极3的针尖通过导电部分与针电极固定板1实现电连接。
一种包括上述等离子体消毒装置的马桶，包括马桶座、马桶圈、马桶盖6、喷雾器5，喷雾器5固定在针电极固定板1上或者与马桶座活动连接，喷雾器5的喷嘴朝向马桶座内部，针电极固定板1活动连接在马桶盖6内表面或马桶圈上。针电极固定板1的绝缘板的形状可以与马桶盖的形状相同，通过将该绝缘板连接在马桶盖6或马桶圈上使针电极固定板1与马桶盖6连接。
本发明提出的这种包括等离子体放电消毒装置的马桶，可以对马桶座圈以及周边的空气进行消毒灭菌，达到对马桶清洁处理的效果，并且通过喷雾器5向马桶内喷水，将产生的杀菌活性粒子带入水中，进一步对马桶内的水杀菌消毒。
本发明还提出了一种针电极组件，包括针电极固定板1、一端固定于针电极固定板1的多个针电极3，针电极3包括金属针3以及套设金属针3的介质管302。针电极3置于介质管302内有助于增加电晕的扩散，还有助于改善放电的空间范围。此外，由于该针电极组件的每个金属针301外均设置有介质管302，可以减少相邻金属针301之间的放电抑制作用。如果没有该介质管302，部分金属针301甚至可能不起作用。其中，针电极固定板1是起固定多个针电极3的作用。由于该针电极组件包含了多个针电极3，当与等离子的放电装置配合使用时，其放电效果比单个针电极好。而通过针电极固定板1的支撑，多个针电极3可以很好地集成到一起，使用起来更加方便。
为了使该针电极组件的放电效果更好，相邻针电极3之间的距离为2mm～10mm，相邻针电极3之间的距离大于等于2mm是为了减少相邻针电极3之间的影响，相邻针电极3之间的距离小于等于10mm是为了留有更多的空间分布更多的针电极且同时不至于影响针电极3的产生等离子体4的效果。
该针电极组件的结构与上述离子体放电消毒装置中的针电极组件相同，具体如下：
针电极3包括金属针301以及套设在金属针301外部的介质管302；介质管302的材料为绝缘材料，金属针301为不锈钢材料，如聚四氟乙烯，金属针301部分封装在介质管302内且金属针301的针尖露出在介质管301外。该针电极3的制作方法是在介质管301内用环氧树脂胶填充介质管301与金属针301之间的空间，同时保留金属针301的针尖不填充，露出的针尖是为了连接在针电极固定1上。金属针301的针尖露出在介质管302外的长度为1mm～3mm，若金属针301的针尖露出在介质管302外的长度大于3mm，则横向放电会逐渐减小；若金属针301的针尖露出在介质管302外的长度小于1mm，则纵向放电和横向放电区分明显，放电不均匀。
金属针301的长度为17mm～25mm，若金属针301的长度大于25mm，则会增加利用空间，无需太长即可满足放电需求，若金属针301的长度小于17mm则不利于放电。金属针301的直径为0.1～0.2mm，金属针301的针尖的曲率半径小于等于0.1mm，若曲率半径大于01mm，则放电效果不好。
此外，该金属针301靠近介质管的内壁，且在径向上金属针301与金属针301所靠近的介质管302的内壁之间的距离为0.05mm～0.4mm。通过实验结果得知，当金属针301与所述介质管302内壁之间的距离在此范围时金属针301越贴近介质管302的管壁，该结构越有利于扩大放电空间的范围。
多个所述针电极3并联，所有针电极3结构相同、间距相同且均匀分布在针电极固定板1上。与针尖对应的金属针301的另一端通过第一电阻11连接升压器10。
针电极固定板1为绝缘材料，其具有对应多个针电极3的多个孔2，优选地，该孔2为圆形孔，便于制作与连接针电极3。孔2内填充有导电材料，针电极3固定于针电极固定板1的部位为金属针301的针尖，针电极固定板1用于固定针尖的部位为孔2。绝缘板的材料为聚四氟乙烯烷氧基树脂、塑料等。
具体实施例：
该马桶包括马桶圈、针电极组件14，针电极固定板1，第一电阻11，第二电阻12，升压器10，电源8(锂电池组)，开关9，喷雾器5，锂电池组连接到升压器10的输入端，然后升压器10将电压升到10KV，升压器10第二输出端通过第二电阻12直接接地，第一输出端通过高压电缆13与第一电阻11连接，然后接入到针电极组件14，各个针电极3采取并联的方式连接，每个针电极3结构相同。开关为金属开关，升压器10能够满足功率要求。
当人们需要清洁马桶时，只需打开开关9，锂电池组开始给升压器10供电，通过升压器10将电压升高到10KV，电压经过第一电阻11限流后，作用于针电极组件14，高压在针电极3的管口通过电晕放电产生大面积非平衡等离子体，第一电阻11会抑制电弧和火花的产生，因此该等离子体是安全的，人体可以接触，放电的同时会产生大量的臭氧，喷雾器可以喷出水汽，将产生的臭氧带入马桶的水中，有利于水的杀菌消毒。通过调节电源8的电压、升压器10的参数以及电路中的第一电阻11的阻值，还可以对等离子体的参数进行调节，第二电阻12连接升压器10的第二输出端并接地，进一步限制了回路中的电流，提高了杀菌过程的安全性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种等离子体消毒装置，其特征在于，包括升压器(10)、第一电阻(11)、针电极组件(14)，所述升压器(10)的第一输出端连接所述第一电阻(11)的第一端，所述第一电阻(11)的第二端连接所述针电极组件(14)，所述升压器(10)具有用于接地的第二输出端；所述针电极组件(14)包括针电极固定板(1)以及一端固定于所述针电极固定板(1)的多个针电极(3)，相邻所述针电极(3)之间的距离为2mm～10mm；
所述针电极(3)包括金属针(301)以及套设所述金属针(301)的介质管(302)；所述介质管(302)的材料为绝缘材料，所述金属针(301)部分封装在所述介质管(302)内且所述金属针(301)的针尖露出在所述介质管(301)外；金属针(301)的针尖露在介质管(302)外的长度为1mm～3mm。
2.如权利要求1所述的等离子体消毒装置，其特征在于，还包括连接于所述升压器(10)第二输出端的第二电阻(12)。
3.如权利要求1所述的等离子体消毒装置，其特征在于，还包括电源(8)，所述电源(8)的输出端连接所述升压器(10)的输入端。
4.如权利要求1所述的等离子体消毒装置，其特征在于，所述第一电阻(11)的阻值为100MΩ～150MΩ，所述升压器(10)的输出电压为4KV～15KV。
5.如权利要求1所述的等离子体消毒装置，其特征在于，所述针电极固定板(1)为绝缘材料，其具有对应多个针电极(3)的多个孔(2)，所述孔(2)内填充有导电材料，所述针电极(3)固定于所述针电极固定板(1)的部位为所述金属针(301)的针尖，所述针电极固定板(1)用于固定所述针尖的部位为所述孔(2)。
6.一种包括如权利要求1至5任一项所述等离子体消毒装置的马桶，其特征在于，包括马桶座、马桶圈、马桶盖(6)、喷雾器(5)，所述喷雾器(5)固定在所述针电极固定板(1)上或者与所述马桶座活动连接，所述喷雾器(5)的喷嘴朝向所述马桶座内部，所述针电极固定板(1)活动连接在所述马桶盖(6)内表面或所述马桶圈上。
7.一种针电极组件，其特征在于，包括针电极固定板(1)、一端固定于所述针电极固定板(1)的多个针电极(3)，所述针电极(3)包括金属针(3)以及套设在所述金属针(3)外部的介质管(302)，相邻所述针电极(3)之间的距离为2mm～10mm；
所述针电极(3)包括金属针(301)以及套设所述金属针(301)的介质管(302)；所述介质管(302)的材料为绝缘材料，所述金属针(301)部分封装在所述介质管(302)内且所述金属针(301)的针尖露出在所述介质管(301)外；金属针(301)的针尖露在介质管(302)外的长度为1mm～3mm。
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