一种自感式消毒喷雾设备及应用

技术领域

本发明涉及用于环境消毒的喷雾装置，具体涉及一种可根据现场微生物污染状况调整消毒剂用量和种类的消毒喷雾装置，属于公共卫生设备技术领域。

背景技术

消毒剂是用于杀灭传播媒介上的微生物使其达消毒或灭菌要求的制剂。相比于其它消毒手段，消毒剂对于人员密集场所的狭小环境和环境物体表面的消毒效果优良，且可以根据不同的消毒场景选择不同的消毒剂种类。可用于空气消毒的常用消毒剂包括200mg/L二氧化氯、0.2％的过氧乙酸、3％的过氧化氢、100mg/L的次氯酸，它们均属于高效的广谱消毒剂且对其它的生物伤害较低。

2020年突发的全球性新冠疫情使得消毒剂的使用量激增，特别是在聚集性的公共场所和普通居民的家中。但是，消毒剂不只是一类“保护试剂”，也是一种“危险品”。例如，次氯酸和臭氧的吸入会导致哮喘的发生和加重。目前，除了医院、科研院所、养殖厂等因为特殊的消毒需求配备有专业的消毒剂使用人员，大多数场景下的消毒剂使用过程中都存在着过度消毒、消毒不足、消毒时间滞后等问题，具体来说包括：1)消毒剂的使用量和时间多依靠人为判断，很难适配于微生物的实际污染状况，多数情况下消毒剂的使用都是出现在微生物污染已经发生一段时间，且经常出现灭菌完成后环境中仍然存留有消毒剂或者因为消毒剂使用不足而需要二次消毒的现象；2)对较低微生物污染状况的偏高的错误判断，还会导致直接使用消毒效果更好，但是对生态和人体健康伤害更强的高浓度消毒剂，造成额外的有害效应；3)单一的使用一种消毒剂进行消毒，导致微生物产生抗药性，降低后续消毒的效果，甚至产生耐药菌。

为了解决上述第一个和第二个问题，部分设备试图通过判断微生物活度来判断消毒剂的使用量，被称为“自感式消毒设备”。但目前的自感式消毒设备的自感方式实用性不强。部分自感式消毒设备通过待测场所的颗粒物浓度、生物温度、生物密度侧面反映场所内有害微生物的活度，但这些指标与真实微生物活度之间的关联并不稳定的一致，而且空间代表性不强，无法迅速反映场所整体的微生物污染物状况，也就无法避免过度消毒或者消毒不足的问题。还有一部分学者试图引入碳纳米线、WIBS等成熟的科研用微生物在线监测技术或者设备进入商用或者民用领域，但尚无技术将其与消毒设备进行串联，即使未来有，造价也过于高昂。另外，目前的自感式消毒设备判断增加消毒剂用量的方式均是以微生物活度的绝对水平为指标，但是这个指标的确定非常困难，因为不同微生物种类的风险水平差异很大，而且确定准确的微生物活度的绝对水平对于自感设备校准的要求非常高，实现起来非常困难。

微生物排放的挥发性有机物(VOCs)是室内VOCs的重要源头，检测微生物标志性VOCs是检测微生物的一种方便快捷的替代性方法。例如，吲哚可以用来指征大肠杆菌，烟酸甲酯可以用来指征结核分歧杆菌，2-壬酮可以用来指征绿脓杆菌等。乙醇、正丁醇、异戊醇、甲醛、乙醛、异丁醛、苯甲醛、丙酮、3-羟基-2-丁酮、2-壬酮、乙酸、丙酸、3-甲基-丁酸、乙酸乙酯、丁酸乙酯、丁酸戊酯、吲哚、硫化氢、三甲胺是室内微生物释放的常见VOCs，它们的组合可以很好的反映微生物的活度。

下面对已有的几项用于微生物污染的消毒喷雾的技术进行描述。

中国在审的发明专利申请CN202010638083.2公开了一种可移动式即制即用臭氧消毒喷雾器，通过制备和喷洒高浓度臭氧水消灭微生物，可应用于办公场所和公共区域。该发明是典型的“非自感”型微生物消毒设备，消毒液的喷洒量和时间只能依靠人为判断，很难适配于微生物的实际污染状况，多数情况下消毒剂的使用都是出现在微生物污染已经发生一段时间。消毒的实际效果缺少有效的评估，容易出现灭菌完成后环境中仍然存留有大量臭氧或者因为消毒剂使用不足而需要二次喷洒的现象。另外，只使用臭氧一种消毒剂很容易导致微生物产生抗药性，降低后续消毒的效果。

中国实用新型CN207505674U公开了一种具有自动消毒功能的羊舍，配有自感式的消毒喷雾设备。该实用新型通过在分栏板中部设置微生物检测仪来检测羊舍本体内部的微生物的含量，超标时触发臭氧发生装置开始产生臭氧进行消毒。然而，说明书中并未说明使用何种微生物检测方法，如果说明书中的“微生物检测仪”指成熟的科研用微生物在线监测设备，那造价过于高昂。而且，其设备同样只使用臭氧一种消毒剂，很容易导致微生物产生抗药性，特别是在羊舍这种微生物密集的场所。另外，该实用新型判断出现污染问题的指标为微生物活度的绝对水平，但是这个指标的确定非常困难，即使使用十分精密的仪器，因为不同微生物种类的风险水平差异很大，而且确定准确的微生物活度的绝对水平对于自感设备校准的要求非常高，实现起来非常困难。

中国在审的发明专利申请CN202010257191.5提供了一种畜禽舍内自动喷雾消毒系统，和上文实用新型CN207505674U类似，试图使用细颗粒物(PM

如何通过自感式的设计，使用能够代表微生物活度的简单方法触发消毒装置并改变消毒强度，保障消毒过程中消毒剂用量精准，消毒时间不滞后，尽量避免微生物产生抗药性，是当前公共卫生消毒领域需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自感式消毒喷雾设备，该设备通过相关VOCs和颗粒物浓度综合判断微生物活度，利用微生物活度的增长速率判断微生物污染事件的发生，在污染事件发生的开始阶段开始消毒，可以随着污染物污染程度的加重而逐级升高消毒剂用量，通过交错使用消毒剂避免微生物产生抗药性。

本发明的技术方案如下：

一种自感式消毒喷雾设备，包括外舱以及由喷雾头、喷雾泵、消毒剂罐和连接管路组成的多套消毒组件，其特征在于，每套消毒组件中，所述喷雾泵和消毒剂罐位于外舱内，喷雾头位于外舱外，喷雾泵一端通过管路连接消毒剂罐，另一端通过管路连接喷雾头；外舱一侧向内凹陷，凹陷处安装有多个微生物监测用传感器；外舱内还设有抽气泵，抽气泵的抽气端通过管路连接到传感器附近；外舱上安装有显示屏和按键，外舱内安装有控制元件；控制元件与显示屏、按键、抽气泵、喷雾泵和微生物监测用传感器连接，根据微生物监测用传感器的监测数据判定微生物活度，从而调整消毒组件的工作模式。

为了便于移动和固定上述自感式消毒喷雾设备，可在外舱底面的四角处安装固定滚轮。在外舱侧面设有门，门的尺寸和位置应方便更换消毒剂罐。微生物监测用传感器安装在外舱一侧向内凹陷处，凹陷处连接有抽气泵，形成一个可以对传感器进行机械性保护，又提升传感器接触外界空气的速度的环境。优选的，在抽气泵与凹陷处连接管路(即抽气端管路)上安装有干燥罐，避免消毒液进入抽气泵。

所述按键包括启动键、设置键、上调键、下调键，主要用于设备启动和调整喷雾泵流速、单次喷雾时间、定时喷洒时间点、微生物活度升高判定条件。

优选的，外舱、喷雾头、所有管路、消毒剂罐使用氟类塑料或其它轻质耐酸耐氧化材料，以降低整个设备的重量，延长这些部件在长期接触消毒剂之后的使用寿命。

上述自感式消毒喷雾设备可以根据微生物活度调整消毒强度，包括选择喷洒的消毒剂种类、调整喷雾强度和喷雾时间等。优选的，消毒剂罐、喷雾泵、喷雾头及配套管路组成的消毒组件应不少于三套，使用不少于三类消毒剂。不同的消毒剂分别装放在不同的消毒剂罐中，交错使用，降低被消毒区域微生物产生抗药性的可能性；不同消毒剂不应该共用管路，避免互相之间产生影响。所述消毒剂优选为200mg/L的二氧化氯、0.2％的过氧乙酸、3％的过氧化氢、100mg/L的次氯酸等相互之间干扰低、对人体伤害较小、成熟便于购买更换的消毒剂。喷雾泵的流速应不少于三档，低速档保证不过度使用消毒剂，高速挡保证可以快速控制微生物污染爆发。喷雾泵的流速和单次喷雾时间应根据微生物控制的速度、使用者的接受程度、配件的损耗和消毒剂的更换频次综合考虑进行调整。

优选的，喷雾头方向、高度，喷雾泵的流速，应根据潜在微生物源的方向进行设计，保证消毒喷雾设备喷出的液体可以覆盖微生物激增的潜在区域。

所述微生物监测用传感器优选使用颗粒物光电传感器、VOCs PID传感器、硫化氢电化学传感器的组合，使用寿命长，检测限低。如能判断场所主要微生物的种类，应监测场所的颗粒物和微生物对应的气体；如果无法判定场所主要微生物的种类，应监测场所的颗粒物，以及乙醇、异戊醇、乙醛、丙酮、2-壬酮、乙酸乙酯、吲哚、硫化氢、三甲胺等微生物代谢中释放的主要气体。

在需要经常消毒的时间段，多个消毒剂罐需要经常更换。消毒剂罐和对应管路的连接，优选采用输液接头式连接或其它快速连接方法。

显示屏上应显示微生物监测用传感器的监测数据，提醒消毒效果和后期处理方法，通过按键配合实现如下功能：

1.设置：通过设置键、上调键、下调键配合设置喷雾泵不同档位的流速、单次喷雾时间、定时喷洒时间点、微生物活度升高判定条件。微生物活度升高判定条件默认值可设定为至少两个微生物监测用传感器信号满足如下条件：两次监测时间间隔一固定时间(如五分钟)，连续两次信号相比于上次监测强度升高一定程度(如20％)。监测间隔时间、信号升高幅度、连续升高次数应根据实际情况进行调整。

2.启动：点击启动键，抽气泵、微生物监测用传感器同时开始工作，显示屏显示微生物监测用传感器的监测数据；根据监测数据情况，消毒组件出现不同工作情况：

1)如果监测数据一直不满足微生物活度升高判定条件，喷雾泵将在定时喷洒时间点使用低速档完成一次喷洒；

2)如果监测数据满足微生物活度升高判定条件，喷雾泵将使用低速档完成一次喷洒；如果喷洒后监测数据仍满足微生物活度升高判定条件，喷雾泵将升高一档完成一次喷洒；当喷雾泵升至最高档，喷洒后监测数据仍满足微生物活度升高判定条件，继续使用最高档进行喷洒，显示屏使用噪音进行报警。

无论监测数据如何，相邻两次喷洒均需依次切换一种消毒剂，每次喷洒后显示屏均需要提醒提高场所通风。

本发明提供的自感式消毒喷雾设备通过微生物相关VOCs和颗粒物浓度综合判断微生物活度，利用微生物活度的增长速率判断微生物污染事件的发生，根据微生物活度触发消毒装置并调整消毒强度，相比于现有技术，保障消毒过程中消毒剂用量精准，消毒时间不滞后，并通过交错使用消毒剂避免微生物产生抗药性，能够灵活应对复杂的公共卫生消毒要求。

附图说明

图1是实施例自感式消毒喷雾设备的外观示意图；

图2是图1所示自感式消毒喷雾设备的A-A剖面图；

图3是图2所示自感式消毒喷雾设备的B-B剖面图；

图1至图3中：1-外舱，2-滚轮，3-第一喷雾头，4-第一喷雾头连接管路，5-第一喷雾泵，6-第一消毒剂罐连接管路，7-第一消毒剂罐，8-第二喷雾头，9-第二喷雾头连接管路，10-第二喷雾泵，11-第二消毒剂罐连接管路，12-第二消毒剂罐，13-第三喷雾头，14-第三喷雾头连接管路，15-第三喷雾泵，16-第三消毒剂罐连接管路，17-第三消毒剂罐，18-传感器，19-传感器固定底座，20-抽气泵，21-干燥罐，22-显示屏，23-控制元件，24至27-按键(包括设置键、上选键、下选键、启动键)，28-门。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步详细描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

如图1至图3所示，本实施例根据微生物活度进行自感式消毒的喷雾设备由外舱1，三套“消毒组件”(包括喷雾头、喷雾头连接管路、喷雾泵、消毒剂罐连接管路、消毒剂罐)，传感器18，抽气泵20，显示屏22，控制元件23，按键24-27组成，其中：

外舱1为长800mm，宽800mm，高600mm的立方腔体，下方四角安装有可固定滚轮2，用于固定和移动整个设备。

第一套“消毒组件”包括：第一消毒剂罐7固定于外舱1内底部，顶部使用橡胶帽；第一消毒剂罐连接管路6为直径6mm的硬管，通过塑料针插入第一消毒剂罐7的橡胶帽进行连接，另一端连接第一喷雾泵5；第一喷雾泵5也固定于外舱1内底部，其流速分三档：低速档、中速档、高速档，低速档保证不过度使用消毒剂，高速挡保证可以快速控制微生物污染爆发；第一喷雾泵5通过第一喷雾头连接管路4与位于外舱1外的第一喷雾头3连接，第一喷雾头连接管路4为直径6mm的硬管，穿过外舱1顶面。第二和第三套“消毒组件”结构同第一套消毒组件，三套互相独立。

显示屏22和按键24-27(设定键、上选键、下选键、启动键)内陷于外舱1正面，控制元件23固定于外舱正面内侧近显示屏22处；外舱1正面安装有门28，尺寸为300mm×800mm，方便更换第一消毒剂罐7、第二消毒剂罐12和第三消毒剂罐17。外舱1的一侧向内凹陷出400mm×400mm×200mm凹陷立方空间，凹陷处安装有传感器固定底座19，上面固定有传感器18，凹陷可以对传感器进行有效的机械性保护。抽气泵20固定于外舱1内侧底部，流速为60L/h，其抽气端连接于传感器18附近进行抽气，提升传感器18接触外界空气的速度；抽气泵20抽气端安装有干燥罐21，避免液体进入抽气泵。

外舱1、除三个喷雾泵之外的所有“消毒组件”均使用氟类塑料，延长这些部件在长期接触强氧化强酸消毒剂之后的使用寿命。

第一消毒剂罐7、第二消毒剂罐12、第三消毒剂罐17分别装有200mg/L二氧化氯、0.2％的过氧乙酸、100mg/L的次氯酸。

第一喷雾头3、第二喷雾头8、第三喷雾头13的位置、方向、高度，应根据潜在微生物源的方向进行设计，保证消毒喷雾装置喷出的液体可以覆盖微生物激增的潜在区域。

传感器18由颗粒物光电传感器，硫化氢电化学传感器，乙醇、异戊醇、乙醛、丙酮、2-壬酮、乙酸乙酯、吲哚、三甲胺PID传感器组成，可以全面反映常见微生物活度升高的现象。

使用本实施例自感式消毒喷雾设备进行场所消毒的具体流程为：

控制元件23与第一喷雾泵5、第二喷雾泵10、第三喷雾泵15、抽气泵20、传感器18、显示屏22和各按键24-27(设置键、上调键、下调键、启动键)连接，通过不同按键、显示屏21、控制元件22的配合，实现如下功能：

1.综合考虑微生物控制的速度、使用者的接受程度、配件的损耗和消毒剂的更换频次，使用设置键、上调键、下调键设定三个喷雾泵喷雾速度和单次喷雾时间。三个喷雾泵低、中、高档速度默认值依次为2mL/min、5mL/min、10mL/min，单次喷雾时间默认值为5min。

2.使用设置键、上调键、下调键设定定时喷洒时间，默认值为19:00。

3.使用设置键、上调键、下调键设定“微生物活度升高判定条件”，默认值为：至少两个传感器18的信号，两次监测时间间隔五分钟，连续两次信号相比于上次监测强度升高20％。

4.点击启动键启动设备，抽气泵20、传感器18开始工作，显示屏22显示颗粒物、硫化氢、乙醇、异戊醇、乙醛、丙酮、2-壬酮、乙酸乙酯、吲哚、三甲胺的浓度；根据监测数据情况，出现不同工作情况：

1)如果一直不满足“微生物活度升高判定条件”，三个喷雾泵之一将在定时喷洒时间点使用低速档完成一次喷洒；

2)如果监测数据满足“微生物活度升高判定条件”，三个喷雾泵之一将使用低速档完成一次喷洒；如果喷洒后监测数据仍满足微生物活度升高判定条件，三个喷雾泵之一将升高一档完成一次喷洒；当喷雾泵升至最高档，喷洒后监测数据仍满足微生物活度升高判定条件，继续使用最高档进行喷洒，显示屏22使用噪音进行报警。

相邻两次喷洒均需通过选择三个喷雾泵之一依次切换一种消毒剂，每次喷洒后均显示屏22均需要提醒提高场所通风。