電梯消毒技術分析

孫路路

國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心 河南 鄭州 450003

1 引言

電梯作為一種特殊的公共交通工具,具有空間小、人員密度及流量大、使用人員狀況復雜等問題,有著較大的疫情傳播風險。根據相關調查研究表明,電梯內的病毒細菌污染主要集中在人員接觸最多的按鈕、扶手、地板、內壁等處,特別是醫院電梯的按鈕與空氣的病菌總數超標率更高;而造成疫情的病菌主要通過飛沫、接觸傳播,如果乘客搭乘受病毒污染過的電梯,則加大了疫情傳播感染的概率。

2 消毒技術簡介

常見的消毒方式包括層流通風、循環風紫外線空氣消毒、靜電吸附式空氣消毒、紫外線燈照射消毒、臭氧消毒、噴霧消毒、等離子消毒等,需要根據不同的應用場合選擇不同的消毒方式。

層流通風:適用于空氣中細菌總數小于10cfu/m3的潔凈手術室、層流潔凈病房等I類區域[1],不適用于電梯系統。

循環風紫外線空氣消毒:又稱為紫外線空氣消毒,由高強度紫外線燈和過濾系統組成,可以有效地濾除空氣中的塵埃,并可將進入消毒器的空氣中的微生物殺死,可在有人的房間內進行消毒,但僅對空氣有效,對物體表面無消毒效果[2],可應用于電梯系統中對轎廂內的空氣進行消毒。

靜電吸附式空氣消毒:采用靜電吸附原理,加上過濾系統,不僅可過濾和吸附空氣中帶菌的塵埃,也可吸附和殺滅微生物,是目前有人情況下可以持續消毒的一種較好的方法[3],可應用于電梯系統中對轎廂內的空氣進行消毒。

紫外線燈照射消毒:利用紫外線照射物質,使物體表面的微生物細胞內核蛋白分子構造發生變化而引起死亡,波長處于240-280nm區段的紫外線殺菌能力較強,殺菌能力最強的波長為250-265nm,多以253.7nm作為紫外線殺菌的波長,照射時間一般應超過30min;紫外線對人體皮膚和角膜均有刺激性,照射時產生的臭氧亦對人體有害,應注意防護[4];當電梯處于待機狀態時,可使用紫外線燈照射進行消毒。

臭氧消毒:臭氧是一種強氧化劑,臭氧滅菌過程屬于生物化學氧化反應,要求達到臭氧濃度≥20cfu/m3,在RH≥70%條件下,消毒時間≥30min,消毒時人必須離開房間,消毒后待房間內聞不到臭氧氣味時才可進人(大約在關機后30min)[5];由于電梯井道和轎廂空間相對密閉,通風不暢,該方式不適用于電梯的日常消毒。

噴霧消毒:即用噴霧器將化學消毒劑均勻地噴灑于空間或物體表面進行消毒的方法,常用于地面、墻壁、環境等的消毒,噴灑時必須使物體表面濕透才能起到消毒作用,該消毒方法對室內進行消毒時,消毒前應關閉門窗,消毒結束進行通風換氣[4];該消毒方法雖然不適用于對整個轎廂高頻次進行消毒,但可以用于電梯按鍵等部件進行消毒。

等離子消毒:等離子凈化室內氣狀污染物的作用機理是離子彈性碰撞的結果,它是一種低溫、快速滅菌、無殘留毒性、簡便、安全的消毒滅菌方法[6],相對于紫外線燈照射消毒,等離子消毒作用時間短,能夠應用于電梯消毒技術中。

3 電梯消毒技術專利申請現狀

本文以中文專利數據庫CNTXT、外文專利數據庫ENTXT以及智慧芽為數據來源,檢索、統計、分析了電梯消毒技術的專利申請態勢、申請人狀況;由于專利文獻在提出申請后并不會立即公開,因此2021年的專利申請數據會有不完整的問題,所以對于以下分析圖中有關2021年申請量的下降曲線不排除是由于樣本數據量的不完整而造成的。

本文的數據檢索采用關鍵詞與分類號相結合的方式進行數據的檢索。關鍵詞如:電梯、消毒、消殺、滅菌、殺菌、除菌、凈化、病毒、新冠、細菌,使用IC分類號為:B66B+、F24F+、A61L+等。

截至2021年12月,全球關于電梯消毒技術的專利申請量合計4520余件,參見圖1,2008年以前(第一階段)全球申請量共計401件,2008-2019年期間(第二階段)全球申請量共計1694件,2020-2021年期間(第三階段)全球申請量共計2425件(占總申請量的53.65%);第一階段為萌芽期,相關的專利申請相對較少,關于電梯消毒技術每年的專利申請量不超過50件;第二階段為平穩增長期,隨著全球經濟復蘇和國內的市場成熟以及基建工程的繁榮,對電梯的需求迅速增加,電梯消毒技術相關的專利申請也隨之增長;第三階段迅猛發展期,隨著疫情的來襲,如何減少疫情傳播感染的概率引起了極大的關注,該領域的專利數量呈現井噴式增長,其中90%以上的專利申請來自于我國。

圖1 電梯消毒技術全球專利申請趨勢圖

圖2示出了電梯消毒技術專利申請量排名前二十的主要申請人,國內申請人例如格力電器、康達電梯、廣州廣日電梯、上海貝思特、浙江大學等進行了相應的研發,國內申請人的專利申請數量在第三階段迅猛增長,這也充分體現了國內市場在電梯消毒技術方向的研發實力。

圖2 電梯消毒技術全球專利主要申請人

格力電器的研發方向主要集中在:電梯按鍵的隔離與消毒(CN212356105U、CN113750266A)、集成消毒功能的電梯空調(CN114110915A)、壁掛式消毒設備(CN212081500U)、空氣凈化裝置的風道及導風結構(CN212362393U、CN212616976U)等;廣州廣日電梯的研發方向主要集中在:電梯消毒系統的優化(CN111186743A)、電梯內病菌采集及檢測(CN111269819A)、召喚盒自動覆膜裝置(CN212603399U)、電梯按鍵消毒(CN213759632U)等。

4 電梯消毒技術分類

經過第一部分關于消毒技術簡介的分析可知,能夠適用于電梯系統的消毒方式有循環風紫外線空氣消毒、紫外線燈照射消毒、等離子消毒、噴霧消毒和靜電吸附式空氣消毒,以下針對這五種消毒方式分別篩選出較為典型的專利申請進行分析。

4.1 循環風紫外線空氣消毒

紫外線雖然對所有的微生物都有效,但由于菌體、菌株、菌的育成環境不同,菌類的抵抗性也有大的差異,在同樣的發光功率下,照射時間越長,強度越大;一般情況下,按產品說明書安裝循環風紫外線空氣消毒器,開機30min后即可達到消毒要求,以后每過15min開機1次,消毒15min,消毒環境中臭氧濃度低于0.2mg/m3[2,7]。

專利申請CN110274323A公開了一種空氣凈化器,其可用于對密閉空間(如電梯轎廂)進行空氣凈化和消毒,外部空氣先通過高效過濾網進行過濾,再進入到殺菌部內進行殺菌,殺菌部包括光觸媒網和紫外光模塊,紫外光模塊能夠發出紫外線,在紫外光模塊的照射下使得光觸媒濾網持久保持良好的空氣凈化特性,光觸媒可以在強光的照射下發揮強大的氧化還原功能,它可以分解各種細菌和有害污染物,具有很好的除菌、除臭、凈化空氣的功能,同時在風機的作用下,加快氣流流動,殺菌部能穩定、高效地凈化空氣。

在電梯轎廂內部安裝循環風紫外線空氣消毒器時,應根據轎廂內部體積選擇對應型號的機器,避免超空間范圍使用;應注意轎廂內的環境衛生,避免因轎廂內有較多的灰塵而產生二次揚塵;由于該類型的機器僅對空氣有效,應定期對地板、轎廂壁、把手、電梯按鍵等進行清潔和消毒。

4.2 紫外線燈照射消毒

不同于循環風紫外線空氣消毒方式中將紫外線燈設置在凈化器的內部,紫外線燈照射消毒則是將紫外線燈直接設置于電梯轎廂的內部,由于紫外線對人體皮膚和角膜均有刺激性,使用紫外線燈照射消毒時,應當選擇在電梯內沒有乘客時使用。

專利申請CN212608863U公開了一種電梯智能消毒裝置,其提供了一個較為完善的控制策略,工作時,電梯狀態獲取模塊通過讀取轎廂應急照明燈電源的信號來判斷電梯是否處于正常運行狀態;當電梯狀態獲取模塊判斷電梯處于待機休眠狀態時,且同時紅外人體感應裝置檢測到轎廂內沒有乘客時,智能消毒裝置啟動,紫外線消毒燈點亮;當電梯突然收到外呼指令時,電梯退出待機休眠進入正常運行狀態,智能消毒裝置自動關閉,同時紫外線消毒燈熄滅;若電梯待機休眠過程沒有收到任何外呼指令,智能消毒裝置則按第一預設時長持續工作,到達預設時間后智能消毒裝置自動關閉。

使用紫外線燈照射消毒方式對電梯進行消毒時,照射時間應不少于30分鐘;對轎廂內的按鍵、扶手等表面進行消毒時,燈管距離物體表面盡量不超過l米;應該合理地選擇紫外線燈的安裝位置或安裝數量;在條件允許的情況下,可以選擇移動式照射方式,這也是未來的研究方向之一。

4.3 等離子消毒

等離子體空氣消毒機具有消毒效果極強,作用時間短,可降解空氣中有害有毒氣體,低耗能,使用壽命長等優點,是目前較理想的空氣消毒方式之一[4],比較適用于頻繁使用的電梯系統中。

專利申請CN214536695U公開了一種用于電梯轎廂的壁掛式空氣消毒凈化器,該空氣消毒凈化器通過掛壁槽中設置的掛壁件固定于電梯轎廂壁上,其內部安裝有等離子消毒模塊,并通過負離子發生器、紫外線消毒室、等離子消毒模塊、風循環模塊、活性炭架層、顆粒物傳感器和紅外感應器共同作用,能夠達到自動過濾、殺菌、消毒作用。

等離子滅菌技術是消毒技術領域近年來出現的一項新的物理滅菌技術,等離子體空氣消毒凈化器具有使用壽命長、能源消耗低、無需大量的易耗備件等優點,使用該技術研制的空氣凈化器凈化室內或轎廂內空氣前景非常廣闊。

4.4 噴霧消毒

由于電梯按鈕內安裝有電子元器件,為了保證其使用的安全性,通常會在電梯呼梯盒和轎內操縱箱的外部貼附一層塑料隔離膜,保潔人員定期對其進行噴霧消毒,但消毒的實時性和有效性有待提高;隨著技術的發展,帶消毒功能的電梯操作按鈕也隨之產生,為電梯的使用安全提供了有效保障。

專利申請CN204624874U提供了一種按鍵智能清潔裝置,在電梯按鍵表面覆蓋一層可以循環往復使用的按鍵薄膜,使乘客不與電梯按鍵直接接觸,控制電機驅動清潔滾筒轉動,進一步帶動薄膜繞輥軸運行,使覆蓋在電梯按鍵表面的按鍵薄膜完成替換,而從電梯按鍵表面運行至電梯按鍵背面的薄膜則通過清潔滾筒進行清潔,并通過酒精噴霧器對薄膜進行噴霧,進而完成對電梯按鍵表面覆蓋的按鍵薄膜進行自動消毒。

電梯轎廂內外的操作按鈕是被乘客頻繁觸碰的部位,經常會沾染大量的細菌與病毒,以上下運行按鈕、開關門按鈕以及1樓按鈕最為顯著;電梯轎廂是相對密閉的空間,空氣流通性差、人員密集,更易于細菌與病毒通過接觸方式或通過呼吸道、飛沫等方式傳播,因此定期對操作按鈕進行消毒顯得尤為重要。

4.5 靜電吸附式空氣消毒

靜電吸附式空氣消毒技術與紫外線、臭氧及化學藥物等消毒方法不同,是采用靜電吸附原理進行空氣殺菌消毒,不僅能夠有效吸附空氣中包括細菌在內的顆粒物,還能夠破壞細菌及病毒的細胞電解質和細胞膜,導致其死亡[3,7]。

專利申請CN204624874U提供了一種靜電集塵模塊及具有該模塊的凈化裝置,該凈化裝置還包括絕緣箱體,在箱體上設置有進出風通道,靜電集塵模塊固定在箱體內,利用帶電的正負離子在帶有靜電離子場的箱體內的碰撞,電離空氣中的中性氣體產生活性氧離子和高能自由基團,易與細菌、霉菌、芽孢和病毒中蛋白質和核酸物質發生氧化反應而變性,從而高效殺滅各類微生物,同時高效吸附空氣介質中的顆粒物。

相比于化學消毒、臭氧消毒等消毒方式,靜電吸附式空氣消毒在有人乘坐電梯時也能夠正常使用,是目前有人情況下可以持續消毒的一種較好的方法;電梯內部的有效面積通常不大于5m2,一臺小型的靜電吸附式空氣消毒器能夠滿足消毒需要。

5 結語

上面介紹的幾種消毒方式各有優缺點,如何有效整合各種消毒方式以對電梯進行全面消毒、如何使轎廂內的空氣循環更加充分是未來的研究方向之一;電梯轎廂內空間相對較小,消毒設備的小型化、智能化、易更換化也是未來的研究方向之一。

為有效阻隔病毒的傳播,很多新功能開始在電梯領域得到應用,在電梯消毒技術領域存在很多的專利申請,上面介紹的與循環風紫外線空氣消毒、紫外線燈照射消毒、等離子消毒、噴霧消毒和靜電吸附式空氣消毒有關的技術方案均是比較典型、易于實施的、可以有效減少病毒傳播感染的方法,希望能夠為電梯的設計提供參考和借鑒。