电梯消毒技术分析

孙路路

国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心 河南 郑州 450003

1 引言

电梯作为一种特殊的公共交通工具,具有空间小、人员密度及流量大、使用人员状况复杂等问题,有着较大的疫情传播风险。根据相关调查研究表明,电梯内的病毒细菌污染主要集中在人员接触最多的按钮、扶手、地板、内壁等处,特别是医院电梯的按钮与空气的病菌总数超标率更高;而造成疫情的病菌主要通过飞沫、接触传播,如果乘客搭乘受病毒污染过的电梯,则加大了疫情传播感染的概率。

2 消毒技术简介

常见的消毒方式包括层流通风、循环风紫外线空气消毒、静电吸附式空气消毒、紫外线灯照射消毒、臭氧消毒、喷雾消毒、等离子消毒等,需要根据不同的应用场合选择不同的消毒方式。

层流通风:适用于空气中细菌总数小于10cfu/m3的洁净手术室、层流洁净病房等I类区域[1],不适用于电梯系统。

循环风紫外线空气消毒:又称为紫外线空气消毒,由高强度紫外线灯和过滤系统组成,可以有效地滤除空气中的尘埃,并可将进入消毒器的空气中的微生物杀死,可在有人的房间内进行消毒,但仅对空气有效,对物体表面无消毒效果[2],可应用于电梯系统中对轿厢内的空气进行消毒。

静电吸附式空气消毒:采用静电吸附原理,加上过滤系统,不仅可过滤和吸附空气中带菌的尘埃,也可吸附和杀灭微生物,是目前有人情况下可以持续消毒的一种较好的方法[3],可应用于电梯系统中对轿厢内的空气进行消毒。

紫外线灯照射消毒:利用紫外线照射物质,使物体表面的微生物细胞内核蛋白分子构造发生变化而引起死亡,波长处于240-280nm区段的紫外线杀菌能力较强,杀菌能力最强的波长为250-265nm,多以253.7nm作为紫外线杀菌的波长,照射时间一般应超过30min;紫外线对人体皮肤和角膜均有刺激性,照射时产生的臭氧亦对人体有害,应注意防护[4];当电梯处于待机状态时,可使用紫外线灯照射进行消毒。

臭氧消毒:臭氧是一种强氧化剂,臭氧灭菌过程属于生物化学氧化反应,要求达到臭氧浓度≥20cfu/m3,在RH≥70%条件下,消毒时间≥30min,消毒时人必须离开房间,消毒后待房间内闻不到臭氧气味时才可进人(大约在关机后30min)[5];由于电梯井道和轿厢空间相对密闭,通风不畅,该方式不适用于电梯的日常消毒。

喷雾消毒:即用喷雾器将化学消毒剂均匀地喷洒于空间或物体表面进行消毒的方法,常用于地面、墙壁、环境等的消毒,喷洒时必须使物体表面湿透才能起到消毒作用,该消毒方法对室内进行消毒时,消毒前应关闭门窗,消毒结束进行通风换气[4];该消毒方法虽然不适用于对整个轿厢高频次进行消毒,但可以用于电梯按键等部件进行消毒。

等离子消毒:等离子净化室内气状污染物的作用机理是离子弹性碰撞的结果,它是一种低温、快速灭菌、无残留毒性、简便、安全的消毒灭菌方法[6],相对于紫外线灯照射消毒,等离子消毒作用时间短,能够应用于电梯消毒技术中。

3 电梯消毒技术专利申请现状

本文以中文专利数据库CNTXT、外文专利数据库ENTXT以及智慧芽为数据来源,检索、统计、分析了电梯消毒技术的专利申请态势、申请人状况;由于专利文献在提出申请后并不会立即公开,因此2021年的专利申请数据会有不完整的问题,所以对于以下分析图中有关2021年申请量的下降曲线不排除是由于样本数据量的不完整而造成的。

本文的数据检索采用关键词与分类号相结合的方式进行数据的检索。关键词如:电梯、消毒、消杀、灭菌、杀菌、除菌、净化、病毒、新冠、细菌,使用IC分类号为:B66B+、F24F+、A61L+等。

截至2021年12月,全球关于电梯消毒技术的专利申请量合计4520余件,参见图1,2008年以前(第一阶段)全球申请量共计401件,2008-2019年期间(第二阶段)全球申请量共计1694件,2020-2021年期间(第三阶段)全球申请量共计2425件(占总申请量的53.65%);第一阶段为萌芽期,相关的专利申请相对较少,关于电梯消毒技术每年的专利申请量不超过50件;第二阶段为平稳增长期,随着全球经济复苏和国内的市场成熟以及基建工程的繁荣,对电梯的需求迅速增加,电梯消毒技术相关的专利申请也随之增长;第三阶段迅猛发展期,随着疫情的来袭,如何减少疫情传播感染的概率引起了极大的关注,该领域的专利数量呈现井喷式增长,其中90%以上的专利申请来自于我国。

图1 电梯消毒技术全球专利申请趋势图

图2示出了电梯消毒技术专利申请量排名前二十的主要申请人,国内申请人例如格力电器、康达电梯、广州广日电梯、上海贝思特、浙江大学等进行了相应的研发,国内申请人的专利申请数量在第三阶段迅猛增长,这也充分体现了国内市场在电梯消毒技术方向的研发实力。

图2 电梯消毒技术全球专利主要申请人

格力电器的研发方向主要集中在:电梯按键的隔离与消毒(CN212356105U、CN113750266A)、集成消毒功能的电梯空调(CN114110915A)、壁挂式消毒设备(CN212081500U)、空气净化装置的风道及导风结构(CN212362393U、CN212616976U)等;广州广日电梯的研发方向主要集中在:电梯消毒系统的优化(CN111186743A)、电梯内病菌采集及检测(CN111269819A)、召唤盒自动覆膜装置(CN212603399U)、电梯按键消毒(CN213759632U)等。

4 电梯消毒技术分类

经过第一部分关于消毒技术简介的分析可知,能够适用于电梯系统的消毒方式有循环风紫外线空气消毒、紫外线灯照射消毒、等离子消毒、喷雾消毒和静电吸附式空气消毒,以下针对这五种消毒方式分别筛选出较为典型的专利申请进行分析。

4.1 循环风紫外线空气消毒

紫外线虽然对所有的微生物都有效,但由于菌体、菌株、菌的育成环境不同,菌类的抵抗性也有大的差异,在同样的发光功率下,照射时间越长,强度越大;一般情况下,按产品说明书安装循环风紫外线空气消毒器,开机30min后即可达到消毒要求,以后每过15min开机1次,消毒15min,消毒环境中臭氧浓度低于0.2mg/m3[2,7]。

专利申请CN110274323A公开了一种空气净化器,其可用于对密闭空间(如电梯轿厢)进行空气净化和消毒,外部空气先通过高效过滤网进行过滤,再进入到杀菌部内进行杀菌,杀菌部包括光触媒网和紫外光模块,紫外光模块能够发出紫外线,在紫外光模块的照射下使得光触媒滤网持久保持良好的空气净化特性,光触媒可以在强光的照射下发挥强大的氧化还原功能,它可以分解各种细菌和有害污染物,具有很好的除菌、除臭、净化空气的功能,同时在风机的作用下,加快气流流动,杀菌部能稳定、高效地净化空气。

在电梯轿厢内部安装循环风紫外线空气消毒器时,应根据轿厢内部体积选择对应型号的机器,避免超空间范围使用;应注意轿厢内的环境卫生,避免因轿厢内有较多的灰尘而产生二次扬尘;由于该类型的机器仅对空气有效,应定期对地板、轿厢壁、把手、电梯按键等进行清洁和消毒。

4.2 紫外线灯照射消毒

不同于循环风紫外线空气消毒方式中将紫外线灯设置在净化器的内部,紫外线灯照射消毒则是将紫外线灯直接设置于电梯轿厢的内部,由于紫外线对人体皮肤和角膜均有刺激性,使用紫外线灯照射消毒时,应当选择在电梯内没有乘客时使用。

专利申请CN212608863U公开了一种电梯智能消毒装置,其提供了一个较为完善的控制策略,工作时,电梯状态获取模块通过读取轿厢应急照明灯电源的信号来判断电梯是否处于正常运行状态;当电梯状态获取模块判断电梯处于待机休眠状态时,且同时红外人体感应装置检测到轿厢内没有乘客时,智能消毒装置启动,紫外线消毒灯点亮;当电梯突然收到外呼指令时,电梯退出待机休眠进入正常运行状态,智能消毒装置自动关闭,同时紫外线消毒灯熄灭;若电梯待机休眠过程没有收到任何外呼指令,智能消毒装置则按第一预设时长持续工作,到达预设时间后智能消毒装置自动关闭。

使用紫外线灯照射消毒方式对电梯进行消毒时,照射时间应不少于30分钟;对轿厢内的按键、扶手等表面进行消毒时,灯管距离物体表面尽量不超过l米;应该合理地选择紫外线灯的安装位置或安装数量;在条件允许的情况下,可以选择移动式照射方式,这也是未来的研究方向之一。

4.3 等离子消毒

等离子体空气消毒机具有消毒效果极强,作用时间短,可降解空气中有害有毒气体,低耗能,使用寿命长等优点,是目前较理想的空气消毒方式之一[4],比较适用于频繁使用的电梯系统中。

专利申请CN214536695U公开了一种用于电梯轿厢的壁挂式空气消毒净化器,该空气消毒净化器通过挂壁槽中设置的挂壁件固定于电梯轿厢壁上,其内部安装有等离子消毒模块,并通过负离子发生器、紫外线消毒室、等离子消毒模块、风循环模块、活性炭架层、颗粒物传感器和红外感应器共同作用,能够达到自动过滤、杀菌、消毒作用。

等离子灭菌技术是消毒技术领域近年来出现的一项新的物理灭菌技术,等离子体空气消毒净化器具有使用寿命长、能源消耗低、无需大量的易耗备件等优点,使用该技术研制的空气净化器净化室内或轿厢内空气前景非常广阔。

4.4 喷雾消毒

由于电梯按钮内安装有电子元器件,为了保证其使用的安全性,通常会在电梯呼梯盒和轿内操纵箱的外部贴附一层塑料隔离膜,保洁人员定期对其进行喷雾消毒,但消毒的实时性和有效性有待提高;随着技术的发展,带消毒功能的电梯操作按钮也随之产生,为电梯的使用安全提供了有效保障。

专利申请CN204624874U提供了一种按键智能清洁装置,在电梯按键表面覆盖一层可以循环往复使用的按键薄膜,使乘客不与电梯按键直接接触,控制电机驱动清洁滚筒转动,进一步带动薄膜绕辊轴运行,使覆盖在电梯按键表面的按键薄膜完成替换,而从电梯按键表面运行至电梯按键背面的薄膜则通过清洁滚筒进行清洁,并通过酒精喷雾器对薄膜进行喷雾,进而完成对电梯按键表面覆盖的按键薄膜进行自动消毒。

电梯轿厢内外的操作按钮是被乘客频繁触碰的部位,经常会沾染大量的细菌与病毒,以上下运行按钮、开关门按钮以及1楼按钮最为显著;电梯轿厢是相对密闭的空间,空气流通性差、人员密集,更易于细菌与病毒通过接触方式或通过呼吸道、飞沫等方式传播,因此定期对操作按钮进行消毒显得尤为重要。

4.5 静电吸附式空气消毒

静电吸附式空气消毒技术与紫外线、臭氧及化学药物等消毒方法不同,是采用静电吸附原理进行空气杀菌消毒,不仅能够有效吸附空气中包括细菌在内的颗粒物,还能够破坏细菌及病毒的细胞电解质和细胞膜,导致其死亡[3,7]。

专利申请CN204624874U提供了一种静电集尘模块及具有该模块的净化装置,该净化装置还包括绝缘箱体,在箱体上设置有进出风通道,静电集尘模块固定在箱体内,利用带电的正负离子在带有静电离子场的箱体内的碰撞,电离空气中的中性气体产生活性氧离子和高能自由基团,易与细菌、霉菌、芽孢和病毒中蛋白质和核酸物质发生氧化反应而变性,从而高效杀灭各类微生物,同时高效吸附空气介质中的颗粒物。

相比于化学消毒、臭氧消毒等消毒方式,静电吸附式空气消毒在有人乘坐电梯时也能够正常使用,是目前有人情况下可以持续消毒的一种较好的方法;电梯内部的有效面积通常不大于5m2,一台小型的静电吸附式空气消毒器能够满足消毒需要。

5 结语

上面介绍的几种消毒方式各有优缺点,如何有效整合各种消毒方式以对电梯进行全面消毒、如何使轿厢内的空气循环更加充分是未来的研究方向之一;电梯轿厢内空间相对较小,消毒设备的小型化、智能化、易更换化也是未来的研究方向之一。

为有效阻隔病毒的传播,很多新功能开始在电梯领域得到应用,在电梯消毒技术领域存在很多的专利申请,上面介绍的与循环风紫外线空气消毒、紫外线灯照射消毒、等离子消毒、喷雾消毒和静电吸附式空气消毒有关的技术方案均是比较典型、易于实施的、可以有效减少病毒传播感染的方法,希望能够为电梯的设计提供参考和借鉴。