一种组培室灭菌装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及室内灭菌技术领域，具体涉及一种组培室灭菌装置、系统及方法。

背景技术

组培室是一款人为可以控制的小型环境室，可以满足各种实验需要。组培室的建立，可以按照人们的意志，在一定范围内自由调节植物生长的气象环境，摆脱大自然对试验工作的种种干扰和季节的限制，从而大大缩短试验研究的周期，提高试验的准确性和工作效率。组培室一般由缓冲间、准备室、无菌间、培养室和炼苗室五个区室组成。因组培室的温度非常适合细菌的繁殖，为防止细菌感染导致组培苗腐烂，组培室不可避免的需要进行空气消杀。

保持组培室的空气清洁度是减少组培污染的重要条件，目前用于实验室消杀的一些常规手段包括紫外线照射法、甲醛熏蒸法、新洁尔灭(苯扎溴铵溶液)法等。

紫外线照射法，消杀过程中未使用化学药剂，使用过程中虽不会对人体和环境有害的副产物。但需要指出的是，过量的紫外线照射对人体有一定的危害乃至致癌作用。因此，当组培室在用紫外线消杀期间，工作人员不可待在该空间内，在消杀完毕后，应在关闭紫外线灯15-20min后再进入室内。

甲醛熏蒸法，甲醛本身对人体来说就是一种有害物质皮肤直接接触甲醛可引起过敏性皮炎，产生色斑。吸入高浓度甲醛，可诱发过敏性哮喘；高浓度甲醛还是一种基因毒性物质，实验动物在实验室高浓度吸入的情况下，可引起鼻咽肿瘤；长期呼吸含有高浓度甲醛的空气还会使妇女月经紊乱，影响生育，并引起新生儿体质下降与染色体异常；特别地，当室内甲醛严重超标时还会引发白血病，导致死亡。

新洁尔灭(苯扎溴铵溶液)法，基本而言，新洁尔灭对人体的毒害较低，但应注意，重复或长期接触，有可能对心血管系统、消化系统、特别是生殖系统造成伤害，还可能发生过敏反应。

现有的消杀手段从不同程度上都存在着一定弊端，或多或少都会对人造成一定的危害，也会增加时间成本，导致灭菌效率低下。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种组培室灭菌装置，包括机箱，所述机箱内设有气体收集区、消杀反应区、电气控制区和新风区，所述气体收集区设置在所述新风区和所述消杀反应区之间，所述气体收集区内设置有内置风机，所述机箱上靠近所述气体收集区的位置设有循环进风口，所述新风区设有新风进风口，所述消杀反应区设有反应模组，所述机箱上靠近所述反应模组的位置设有出风口，所述出风口设有臭氧检测仪，所述电气控制区内设有窄脉冲电源和单机控制器，所述单机控制器分别与所述臭氧检测仪和所述窄脉冲电源电连接，所述单机控制器通过变频器与所述内置风机电连接，所述窄脉冲电源的输出端连接所述反应模组。

本发明进一步设置为所述消杀反应区内设有模组支架，所述反应模组包括第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和所述第二固定板连接在所述模组支架上，所述第一固定板的外周或所述第二固定板的外周设有挡风板，所述第一固定板和所述第二固定板之间设有阵列布置的放电管，所述第一固定板的一侧设有第一定位支架，所述第二固定板的一侧设有第二定位支架，所述放电管之间设有放电极线，所述放电极线的两端分别连接在所述第一定位支架上和所述第二定位支架上，所述窄脉冲电源的输出端连接所述放电极线。

本发明进一步设置为所述放电极线包括极线本体，所述极线本体上设有若干放电片，所述放电片之间设有中间卡桶，所述极线本体的两端设有外卡桶，所述中间卡桶的上下端面均设有间隔布置的定位槽和定位块，所述中间卡桶上端面的所述定位槽和所述定位块与同一所述中间卡桶下端面的所述定位槽和所述定位块错位设置，所述外卡桶靠近所述放电片的端面设有间隔布置的定位槽和定位块，所述放电片的外周均匀设有放电端，所述放电端限位于该所述放电端相邻的所述定位槽和所述定位块之间，且所述放电端凸出于所述中间卡桶的表面和所述外卡桶的表面，相邻所述放电片的所述放电端沿所述极线主体的轴线方向错位设置。

本发明进一步设置为所述消杀反应区和所述气体收集区之间设有均流板，所述均流板上设有若干均流孔。

本发明进一步设置为所述新风区设有新风口法兰，所述新风口法兰上设有新风口转接头。

本发明进一步设置为所述气体收集区内设有风机支架，所述内置风机固定在所述风机支架上。

本发明进一步设置为所述电气控制区内电源支架，所述电源支架上设有控制箱，所述窄脉冲电源位于所述控制箱内。

一种组培室灭菌系统，包括总控制器、新风风机和至少一个区室，所述区室内设置有上述的组培室灭菌装置，所述新风风机的进风侧与外部空气连接，所述新风风机的出风侧连接有新风主管道，所述新风主管道通过新风支管道与所述新风进风口连接，所述新风支管道上设有控制所述新风支管道导通和关闭的电磁阀，所述总控制器与所述单机控制器通信连接，所述总控制器分别与所述新风风机和所述电磁阀电连接。

本发明进一步设置为还包括通讯模块和控制面板，所述总控制器通过所述通讯模块与云后台通讯连接，所述控制面板与所述总控制器电连接。

一种组培室灭菌方法，用于上述的组培室灭菌系统，包括：

低臭氧运行模式，总控制器控制区室所对应的电磁阀关闭；单机控制器控制内置风机和窄脉冲电源工作，窄脉冲电源在第一输出功率区间内运行，内置风机将区室内的空气从循环进风口吸入，吸入的空气经过均流板使气流均布送入消杀反应区，均流后的空气经过放电极线，放电极线产生的高能电子轰击气体中的氧气和水汽，经过激活、分解和电离产生氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧，氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧与所吸入空气中的微生物进行充分的氧化还原反应，完成空气的净化，净化后的空气从出风口重新排到区室内；臭氧检测仪实时检测出风口中的臭氧浓度，单机控制器根据臭氧检测仪反馈的臭氧浓度在第一输出功率区间内调控窄脉冲电源的输出功率，控制出风口的臭氧浓度处于第一臭氧阈值内；

高臭氧运行模式，总控制器控制区室所对应的电磁阀关闭；单机控制器控制内置风机和窄脉冲电源工作，窄脉冲电源在第二输出功率区间内运行，内置风机将区室内的空气从循环进风口吸入，吸入的空气经过均流板使气流均布送入消杀反应区，均流后的空气经过放电极线，放电极线产生的高能电子轰击气体中的氧气和水汽，经过激活、分解和电离产生氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧，氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧与所吸入空气中的微生物进行充分的氧化还原反应，并且净化后的空气富含高浓度的臭氧从出风口重新排到区室内，对区室内的微生物进行消杀；臭氧检测仪实时检测出风口中的臭氧浓度，单机控制器根据臭氧检测仪反馈的臭氧浓度在第二输出功率区间内调控窄脉冲电源的输出功率，控制出风口的臭氧浓度处于第二臭氧阈值内；消杀完毕后，单机控制器控制在第三输出功率区间内运行，经过放电极线的臭氧被电解成氧气，使区室内的臭氧浓度快速降低至零；

新风运行模式，总控制器控制区室所对应的电磁阀打开，同时控制新风风机工作；机控制器控制内置风机和窄脉冲电源工作，窄脉冲电源在第一输出功率区间内运行，新风风机将外部空气经新风主管道和新风支管道送入新风进风口，吸入的空气经过均流板使气流均布送入消杀反应区，均流后的空气经过放电极线，放电极线产生的高能电子轰击气体中的氧气和水汽，经过激活、分解和电离产生氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧，氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧与所吸入空气中的微生物进行充分的氧化还原反应，完成空气的净化，净化后的空气从出风口排到区室内；臭氧检测仪实时检测出风口中的臭氧浓度，单机控制器根据臭氧检测仪反馈的臭氧浓度在第一输出功率区间内调控窄脉冲电源的输出功率，控制出风口的臭氧浓度处于第一臭氧阈值内。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明组培室灭菌装置内设置窄脉冲电源和反应模组，窄脉冲电源使反应模组在高压放电下产生高能电子轰击消杀反应区中的气体分子(O

本发明组培室灭菌装置安装在实验室中的区室内，不仅可以内循环地对区室进行低臭氧运行日常净化和高臭氧运行深度消杀，还可以接入新风系统，外部的空气进入区室时经过装置杀菌后，将清新的空气排入区室，实现区室空气的流通和清洁。

本发明反应模块的采用阵列放电管和内置放电极线结构，为了提高放电极线的刚性和能量损失问题，采用卡桶式结构对放电片进行定位，提高放电片的连接强度，使放电端不易弯曲能稳定进行放电，同时卡桶式结构能使气体更加顺畅地流经放电极线，减少气流与放电片碰撞导致的能量损失，且让气体几乎完全经过脉冲电浆区域，提高气体的处理效率；错位设置的放电端使放电管内放电截面上的放电点布置密度更大，脉冲电浆区域能覆盖更多气体所流经的区域。

本发明组培室灭菌方法包括低臭氧运行模式、高臭氧运行模式和新风运行模式，能根据实验室的需要进行相应模式的运行，全程自动化控制，使用灵活，保证区室内环境为洁净的。

附图说明

图1为本发明实施例组培室灭菌装置内部结构示意图。

图2为本发明实施例组培室灭菌装置爆炸图。

图3为本发明实施例反应模组局部放大图。

图4为本发明实施例放电极线立体图。

图5为本发明实施例放电极线局部爆炸图。

图6为本发明实施例气流通过放电管时放电极线的放电示意图。

图7为本发明实施例放电极线横截面放电示意图。

图8为本发明实施例组培室灭菌装置中电气控制图。

图9为本发明实施例组培室灭菌系统示意图。

图10为本发明实施例组培室灭菌系统中电气控制图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

结合附图1至附图8，本发明技术方案是一种组培室灭菌装置，包括机箱1，所述机箱1内设有气体收集区11、消杀反应区12、电气控制区13和新风区14，所述气体收集区11设置在所述新风区14和所述消杀反应区12之间，所述气体收集区11内设置有内置风机2，所述机箱1上靠近所述气体收集区11的位置设有循环进风口15，所述新风区14设有新风进风口16，所述消杀反应区12设有反应模组3，所述机箱1上靠近所述反应模组3的位置设有出风口17，所述出风口17设有臭氧检测仪4，所述电气控制区13内设有窄脉冲电源5和单机控制器6，所述单机控制器6分别与所述臭氧检测仪4和所述窄脉冲电源5电连接，所述单机控制器6通过变频器21与所述内置风机2电连接，所述窄脉冲电源5的输出端连接所述反应模组3。

在上述实施例中，所述内置风机2为装置对空气进行循环的动力源，所述气体收集区11循环气体有两种途径，一是从循环进风口15进入的区室内循环空气，二是从新风进风口16进入的外部外循环空气。

在上述实施例中，所述单机控制器6为可编程逻辑控制器PLC；所述单机控制器6根据不同区室的大小调节变频器21的频率以调节内置风机2的单位时间吸风量；所述臭氧检测仪4监测所述出风口17所排出空气的臭氧浓度，所述臭氧检测仪4的输出信号发送至所述单机控制器6；所述单机控制器6调节所述窄脉冲电源5的输出功率，实现窄脉冲电源5的无极调控；所述反应模组3根据窄脉冲电源5的不同功率输出，对流经消杀反应区的空气进行不同程度的电离。

在上述实施例中，在所述单机控制器6控制下，可以实现单独区室内的空气净化。

在本实施例中，所述消杀反应区12内设有模组支架121，所述反应模组3包括第一固定板31和第二固定板32，所述第一固定板31和所述第二固定板32连接在所述模组支架121上，所述第一固定板31的外周或所述第二固定板32的外周设有挡风板33，所述第一固定板31和所述第二固定板32之间设有阵列布置的放电管34，所述第一固定板31的一侧设有第一定位支架35，所述第二固定板32的一侧设有第二定位支架36，所述放电管34之间设有放电极线37，所述放电极线37的两端分别连接在所述第一定位支架35上和所述第二定位支架36上，所述窄脉冲电源5的输出端连接所述放电极线37。

在上述实施例中，所述第一定位支架35和所述第二定位支架36用于所述放电极线37的定位，使放电极线37能居中设置在相应的放电管34内；所述放电极线37通过母排或铜线连接所述窄脉冲电源5的输出端，从而获取高电压对空气进行电离。

在本实施例中，所述放电极线37包括极线本体371，所述极线本体371上设有若干放电片372，所述放电片372之间设有中间卡桶373，所述极线本体371的两端设有外卡桶374，所述中间卡桶373的上下端面均设有间隔布置的定位槽3731和定位块3732，所述中间卡桶373上端面的所述定位槽3731和所述定位块3732与同一所述中间卡桶373下端面的所述定位槽3731和所述定位块3732错位设置，所述外卡桶374靠近所述放电片372的端面设有间隔布置的定位槽3741和定位块3742，所述放电片372的外周均匀设有放电端3721，所述放电端3721限位于该所述放电端3721相邻的所述定位槽和所述定位块之间，且所述放电端3721凸出于所述中间卡桶373的表面和所述外卡桶374的表面，相邻所述放电片372的所述放电端3721沿所述极线主体371的轴线方向错位设置。

在上述实施例中，为了提高放电极线37的刚性和能量损失问题，采用卡桶式结构对放电片进行定位，提高放电片372的连接强度，使放电端3721不易弯曲能稳定进行放电，同时卡桶式结构能使气体更加顺畅地流经放电极线37，减少气流与放电片372碰撞导致的能量损失，且让气体几乎完全经过脉冲电浆区域，提高气体的处理效率；错位设置的放电端3721使放电管内放电截面上的放电点布置密度更大，脉冲电浆区域能覆盖更多气体所流经的区域。

在上述实施例中，所述脉冲电浆区域产生脉冲电浆，脉冲电浆技术原理是利用窄脉冲等离子电源盒反应模块，在高压放电下产生高能电子(5eV～20eV)轰击反应器中的气体分子(O

在本实施例中，所述消杀反应区12和所述气体收集区11之间设有均流板111，所述均流板111上设有若干均流孔112；所述均流板111能使空气均匀地进入所述消杀反应区12中的每一个所述放电管34。

在本实施例中，所述新风区14设有新风口法兰141，所述新风口法兰141上设有新风口转接头142。

在本实施例中，所述气体收集区11内设有风机支架113，所述内置风机2固定在所述风机支架113上。

在本实施例中，所述电气控制区13内电源支架131，所述电源支架131上设有控制箱132，所述窄脉冲电源5位于所述控制箱132内。

本发明技术方案组培室灭菌装置安装在实验室中的区室内，不仅可以内循环地对区室进行低臭氧运行日常净化和高臭氧运行深度消杀，还可以接入新风系统，外部的空气进入区室时经过装置杀菌后，将清新的空气排入区室，实现区室空气的流通和清洁。通过控制器调节窄脉冲电源的输出功率以改变反应模组产生臭氧等氧化性物质的浓度，实现装置在不同需求下的运行模式。反应模块在消杀反应模块中产生较高能量强度和能量密度的脉冲电浆反应是高效率消杀的保证，同时此种消杀方式不会对人体产生伤害，装置运行稳定可靠。

实施例2

结合附图1至附图10，本发明技术方案是一种组培室灭菌系统，包括总控制器7、新风风机8和至少一个区室9，每一个所述区室9内设置有实施例1所述的组培室灭菌装置，所述新风风机8的进风侧与外部空气连接，所述新风风机8的出风侧连接有新风主管道81，所述新风主管道81通过新风支管道82与所述新风进风口16连接，所述新风支管道82上设有控制所述新风支管道82导通和关闭的电磁阀83，所述总控制器7与所述单机控制器6通信连接，所述总控制器7分别与所述新风风机8和所述电磁阀83电连接。

在上述实施例中，所述总控制器7控制所述新风风机8的启动以及所述电磁阀83的通断。

在上述实施例中，所述组培室灭菌装置可以安装在所述区室9的墙壁上。

在上述实施例中，在组培实验室中，包括培养室、接种室、准备室和更衣室等，在上述区室内均可以设置实施例1所述的组培室灭菌装置，再通过新风管道与新风系统连接。

在本实施例中，还包括通讯模块71和控制面板72，所述总控制器7通过所述通讯模块71与云后台通讯连接，所述控制面板72与所述总控制器7电连接。

在上述实施例中，工作人员可以通过控制面板72对区室内的组培室灭菌装置进行模式选择；所述通讯模块71将各个区室的模式运行数据上传至云后台进行记录和统计，便于向用户终端进行通知。

实施例3

本发明技术方案是一种组培室灭菌方法，用于实施例2所述的组培室灭菌系统，包括：

低臭氧运行模式，总控制器控制区室所对应的电磁阀关闭；单机控制器控制内置风机和窄脉冲电源工作，窄脉冲电源在第一输出功率区间内运行，内置风机将区室内的空气从循环进风口吸入，吸入的空气经过均流板使气流均布送入消杀反应区，均流后的空气经过放电极线，放电极线产生的高能电子轰击气体中的氧气和水汽，经过激活、分解和电离产生氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧，氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧与所吸入空气中的微生物进行充分的氧化还原反应，完成空气的净化，净化后的空气从出风口重新排到区室内；臭氧检测仪实时检测出风口中的臭氧浓度，单机控制器根据臭氧检测仪反馈的臭氧浓度在第一输出功率区间内调控窄脉冲电源的输出功率，控制出风口的臭氧浓度处于第一臭氧阈值内；

高臭氧运行模式，总控制器控制区室所对应的电磁阀关闭；单机控制器控制内置风机和窄脉冲电源工作，窄脉冲电源在第二输出功率区间内运行，内置风机将区室内的空气从循环进风口吸入，吸入的空气经过均流板使气流均布送入消杀反应区，均流后的空气经过放电极线，放电极线产生的高能电子轰击气体中的氧气和水汽，经过激活、分解和电离产生氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧，氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧与所吸入空气中的微生物进行充分的氧化还原反应，并且净化后的空气富含高浓度的臭氧从出风口重新排到区室内，对区室内的微生物进行消杀；臭氧检测仪实时检测出风口中的臭氧浓度，单机控制器根据臭氧检测仪反馈的臭氧浓度在第二输出功率区间内调控窄脉冲电源的输出功率，控制出风口的臭氧浓度处于第二臭氧阈值内；消杀完毕后，单机控制器控制在第三输出功率区间内运行，经过放电极线的臭氧被电解成氧气，使区室内的臭氧浓度快速降低至零；

新风运行模式，总控制器控制区室所对应的电磁阀打开，同时控制新风风机工作；机控制器控制内置风机和窄脉冲电源工作，窄脉冲电源在第一输出功率区间内运行，新风风机将外部空气经新风主管道和新风支管道送入新风进风口，吸入的空气经过均流板使气流均布送入消杀反应区，均流后的空气经过放电极线，放电极线产生的高能电子轰击气体中的氧气和水汽，经过激活、分解和电离产生氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧，氧化能力很强的自由基、原子氧和臭氧与所吸入空气中的微生物进行充分的氧化还原反应，完成空气的净化，净化后的空气从出风口排到区室内；臭氧检测仪实时检测出风口中的臭氧浓度，单机控制器根据臭氧检测仪反馈的臭氧浓度在第一输出功率区间内调控窄脉冲电源的输出功率，控制出风口的臭氧浓度处于第一臭氧阈值内。

经调查研究表明，臭氧杀菌是急速的，消杀作用几乎在瞬间发生，0.5-1ppm浓度的臭氧可消灭空气中80％的自然菌；6-10ppm浓度下对细菌的灭菌率高达90％以上，对霉菌的消杀率也达到80％。此设备即使在无臭氧溢出的低功率模式下装置内部的氧化反应区内的臭氧浓度一般维持在2ppm左右，高臭氧高功率模式运行时，臭氧浓度最高可达40-50ppm。综上所述，对细菌霉菌的灭杀效果时立竿见影的。远远高于消杀所需的浓度要求，且可以做到实时控制，避免高浓度臭氧对人体产生的危害。

在上述实施例中，低臭氧运行模式和新风运行模式区别在于气体的来源，当窄脉冲电源工作在第一输出功率区间时出风口产生臭氧的浓度在0-0.05ppm区间内，该浓度的臭氧不会对人体造成危害，是安全的；高臭氧运行模式是区室内空气内循环提高区室内臭氧的浓度，当窄脉冲电源工作在第二输出功率区间时出风口产生臭氧的浓度在0.5-50ppm区间内，消杀区室内设备等表面的微生物，在消杀完毕后为快速降低区室内的臭氧浓度，将窄脉冲电源调整到第三输出功率区间工作，此时消杀反应区是电解空气中的臭氧产生氧气。上述高臭氧模式结束后切换成消臭氧模式的反应机理为：在高臭氧消杀模式运行时，窄脉冲电源的输出功率高，直接电离空气中的氧气，电离形成臭氧等氧自由基；待消杀完毕，降低窄脉冲电源的输出功率，达到能电离臭氧但电离不了氧气的功率，臭氧被还原成氧气，达到消除臭氧的效果。众所周知，臭氧比氧气活跃的多，臭氧的键能比氧气的键能低的多，更易被电离，故降低电源功率，当功率降低到电离不了氧气但可电离臭氧时，臭氧被电离，分解成氧气，达到消除臭氧的目的。

本发明组培室灭菌方法包括低臭氧运行模式、高臭氧运行模式和新风运行模式，能根据实验室的需要进行相应模式的运行，全程自动化控制，使用灵活，保证区室内环境为洁净的。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。