一種車載等離子殺菌系統(tǒng)

孫玥茹， 李彥奇， 鄧 偉， 龔曉琴， 苗冬梅

（一汽奔騰轎車有限公司， 吉林 長(zhǎng)春 130000）

隨著全球工業(yè)化的加速，個(gè)人汽車持有量逐步增加，對(duì)于汽車自動(dòng)化、舒適化、智能化的轉(zhuǎn)型極為重要，而車內(nèi)的衛(wèi)生環(huán)境是人們乘坐汽車體驗(yàn)非常重要的一環(huán)，如果車內(nèi)有難聞的氣味，乘客會(huì)有非常糟糕的體驗(yàn)。等離子殺菌技術(shù)在汽車內(nèi)的應(yīng)用是對(duì)于汽車智能化、舒適化的重要體現(xiàn)。等離子可迅速破壞細(xì)菌、病毒等微生物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)各種致病微生物有較強(qiáng)的殺滅作用，分解出的活氧分子可以將甲醛、甲烷、氨等化學(xué)揮發(fā)性氣體（VOC） 氧化分解，等離子群可將車廂內(nèi)的異味去除，有較好的消毒除菌作用。當(dāng)檢測(cè)到車內(nèi)異味較重時(shí)，打開等離子殺菌消毒系統(tǒng)，進(jìn)行車內(nèi)消毒以及車內(nèi)異味去除?？梢酝ㄟ^APP進(jìn)行遠(yuǎn)端控制，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)消毒殺菌，在消毒后軟件端提示乘客“車輛已消毒”，駕駛員在停車期間也可以視情況主動(dòng)遠(yuǎn)程開啟消毒系統(tǒng)。但這種技術(shù)也有些許弊端，因其化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一些O3氣體，但在國(guó)標(biāo)要求標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。本文將一種等離子殺菌系統(tǒng)安裝在汽車內(nèi)，相較于傳統(tǒng)空濾設(shè)備能達(dá)到更好的效果，且可以遠(yuǎn)端控制，更加方便，彰顯了車載等離子殺菌設(shè)備的市場(chǎng)潛力和優(yōu)勢(shì)。

1 等離子殺菌技術(shù)原理

等離子體中含有的大量活性氧離子、高能自由基團(tuán)等成分，極易與細(xì)菌、霉菌、芽孢、病毒中蛋白質(zhì)和核酸物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)而變性，使各類微生物死亡?？諝庠诘入x子體的作用下，產(chǎn)生大量的離子、電子、自由基。其中自由基-OH 的氧化電位（2.8eV） 比臭氧的氧化電位（2.07eV） 高出35%；-OH自由基與有機(jī)物的反應(yīng)速度更高，并且與氧化污染物的反應(yīng)無選擇性，可以引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[1]。如圖1所示。

圖1 等離子殺菌原理

在滅菌實(shí)驗(yàn)后，通過電鏡觀察經(jīng)等離子體作用后的細(xì)菌菌體與病毒顆粒圖像，均呈現(xiàn)千瘡百孔狀，這是由具有高動(dòng)能的電子和離子產(chǎn)生的擊穿蝕刻效應(yīng)所致。等離子體工作時(shí)產(chǎn)生高 能量、高濃度的離子群，其中正離子可以穿透細(xì)菌細(xì)胞壁，深入細(xì)胞壁內(nèi)部，破壞細(xì)胞電解質(zhì)的平衡，損害細(xì)胞膜，導(dǎo)致其凋亡，從而起到強(qiáng)效滅菌的作用[2]。

裝置產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)的高能粒子，高能粒子撞擊在細(xì)菌表面突起的糖蛋白上，并且將這些糖蛋白同時(shí)也是各種接收傳遞信號(hào)、細(xì)胞間緊密聯(lián)系的蛋白擊碎。失去了表面糖蛋白的細(xì)菌凋亡，作用電子失去能量，被大氣中的其他成分所吸附。

2 基于車載等離子的系統(tǒng)框圖

車載等離子殺菌系統(tǒng)框圖如圖2所示。車載等離子殺菌系統(tǒng)以兩種方式控制等離子發(fā)生器進(jìn)行整車消毒，首先可通過中控系統(tǒng)對(duì)等離子發(fā)生器進(jìn)行殺菌消毒控制，其次，可以通過手機(jī)APP軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)殺菌消毒，凈化空氣。

圖2 車載等離子殺菌系統(tǒng)框圖

2.1 車載等離子消毒系統(tǒng)

人員離開汽車后，可通過2種模式開啟等離子消毒功能：熄火鎖車后通過車載中控自動(dòng)延時(shí)開啟消毒功能（內(nèi)循環(huán)模式）；手動(dòng)通過手機(jī)APP或汽車鑰匙上增加一個(gè)按鈕功能開啟消毒功能。消毒狀態(tài)中，如開任意車門或點(diǎn)火啟動(dòng)車輛均視為人員進(jìn)入車輛，消毒功能立刻停止。

2.2 等離子硬件系統(tǒng)

等離子消毒系統(tǒng)硬件由等離子發(fā)生器、傳感器、控制器、電源管理系統(tǒng)等組成。等離子發(fā)生器主要由高電壓產(chǎn)生電路、帶針尖的極板等部分組成。由高電壓產(chǎn)生電路使極板帶高電壓，極板的針尖處電荷密度最大，所以附近場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)。外循環(huán)進(jìn)風(fēng)口通過管路到風(fēng)扇及冷凝器，再通過管路到達(dá)車載凈化模塊（等離子殺菌系統(tǒng)），通過空調(diào)出風(fēng)口導(dǎo)出潔凈空氣。

2.3 等離子消毒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

中控臺(tái)-前出風(fēng)管道左右各放置一個(gè)等離子消毒模塊，及B柱出風(fēng)管道中左右各放置一個(gè)，如圖3所示，全車共4個(gè)模塊，每個(gè)模塊大小約Φ20×100mm。工作溫度-20～50℃，輸入電壓12V DC，頻率50Hz，整體功率小于等于25W，工作相對(duì)濕度20%～85%，臭氧小于等于0.05PPM。

圖3 零件結(jié)構(gòu)及布置

2.3.1 等離子消毒模塊系統(tǒng)性能

車載等離子消毒模塊的系統(tǒng)性能見表1，工作溫度一般為-40～80℃之間，其頻率為模塊≤50Hz。因?yàn)榈入x子發(fā)生裝置可以產(chǎn)生大量的基團(tuán)充分進(jìn)行消毒，其殺菌率高達(dá)99%，系統(tǒng)的殺菌時(shí)效為170L/min，整體功率≤25W，輸入電壓為12V DC，工作相對(duì)濕度20%～85%。因等離子發(fā)生裝置有一些弊端，產(chǎn)生活性基團(tuán)同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些O3氣體，但可以有效控制在小于等于0.05PPM，完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表1 車載等離子消毒模塊系統(tǒng)性能

2.3.2 等離子消毒模塊軟件功能

1） 遠(yuǎn)程控制：通過手機(jī)APP可以遠(yuǎn)程控制殺毒的開啟和關(guān)閉。

2） 自檢功能：具有系統(tǒng)自檢功能，若出現(xiàn)故障，能夠提醒。

3） 通信功能：與手機(jī)通信，在手機(jī)上顯示殺毒相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)殺毒服務(wù)。

4） 顯示功能：可顯示工作/停止?fàn)顟B(tài)及殺菌時(shí)間等參數(shù)。

3 車載等離子消毒系統(tǒng)的場(chǎng)景定義

對(duì)于共享車等B端客戶，如車內(nèi)有難聞的氣味及細(xì)菌病毒等，以平常的空調(diào)過濾系統(tǒng)并不能對(duì)氣味、細(xì)菌控制起到有效作用。針對(duì)現(xiàn)有的殺菌技術(shù)，等離子殺菌技術(shù)所需要的時(shí)間非常短，在短時(shí)間內(nèi)可抑制細(xì)菌和有效控制異味。等離子可殺死DNA層面的細(xì)菌——甚至是超級(jí)病菌，與數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)無縫連接，對(duì)于生活類材料無任何傷害。

4 結(jié)語(yǔ)

等離子體物理與應(yīng)用是一個(gè)具有全球性影響的重要科學(xué)與工程，對(duì)全世界的高科技工業(yè)發(fā)展及許多傳統(tǒng)工業(yè)的改造都有著直接的影響，等離子技術(shù)正在得到廣泛的應(yīng)用開發(fā)。對(duì)于共享車等B端客戶，車載等離子消毒系統(tǒng)作為一種智能化、科學(xué)化的應(yīng)用技術(shù)在市場(chǎng)上普及，其系統(tǒng)將會(huì)逐步完善和成熟，且國(guó)內(nèi)消毒滅菌設(shè)備市場(chǎng)容量極大，資金充裕，此設(shè)備不僅可以應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)，更擁有著龐大的發(fā)展空間。