一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴装置及方法

本发明属于化学淋浴装置领域，具体涉及一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴装置，还涉及一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴方法，适用于生物安全、生物制药和生命科学。

背景技术：

1、化学淋浴(又称化淋)装置主要用于正压防护服型生物安全实验室(absl-3、bsl-4)对正压防护服表面清洗消毒，对化学淋浴舱体中的空气进行雾化消毒。化学淋浴系统是布置于污染区和半污染区之间的强制性淋浴净化消毒装置，由化淋淋浴间(舱体)、气密门、加药罐、喷淋系统、plc控制系统、送排风系统、排水系统和生命支持系统组成。喷淋系统是加药罐中的化学药液通过加压泵组、阀组和管道系统，利用超精细雾化喷嘴，把化学药剂宽范围、无死角地喷洒到正压防护服上，有效灭活并去除工作人员所穿正压防护服表面可能沾染的危险致病微生物，保障科研、医疗人员安全退出污染环境，避免将病原体带入周围环境，进行全面清洗消毒的一种装置。

2、目前化学淋浴装置存在人员操作不当或设备异常或消毒药液不足导致安全性受影响。在人员操作方面，在进入阶段人员按第二道气密门内侧开门按钮,第二道气密门完成开门动作但是由于人员疏忽没有推开门，气密门在设定时间段后会自动重新吸合执行关门动作，然后化淋启动喷淋系统，化淋喷淋程序结束后人员第二次开第二道气密门进入实验室，但是化淋喷淋程序不会启动，化淋舱体处于污染状态；或者人员在化学淋浴舱体有可能折返会造成化学舱体空气被污染，但又不会触发化淋喷淋程序，同时没有任何提示和限制措施；还存在人员退出化淋舱体进入实验室时，正好实验内人员进入化淋舱体(人员尾随的情况)，上述情况都有可能存在高致病性病原微生物外溢风险。现化学淋浴装置有自动控制系统根据人员进入或退出实验室的正常路径顺序判断是否启动喷淋系统，且无差别化使用启动相同喷淋程序(喷淋相同时间和剂量)；一方面对非正常路径不做消毒处理存在安全风险，另一方面无差别消毒存在消毒药液的浪费。此外，化学淋浴装置存在门条破损或门磁断电导致的漏气，喷淋系统故障而实验人员仍能进出造成生物因子外溢，化淋舱体内压力超压等由设备原因导致的安全风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴装置，还提供一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴方法。

2、为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴装置，包括化淋舱体，所述化淋舱体两对侧侧壁上分别开设有第一道气密门和第二道气密门，第一道气密门和第二道气密门均包括气密门门板以及气密门门框，在气密门门板四周边沿上固定有门密封条，门密封条通过门条供气管和气密门充放气路连接，门密封条内设置有门条气压传感器，门条气压传感器与门条压力表连接，第一道气密门和第二道气密门上均设置有门电磁锁、接近开关、门条压力指示灯、以及应急按钮，第一道气密门的内侧和第二道气密门的内侧均设置有开门按钮，

4、气密门充放气路、门条压力表、门电磁锁、接近开关、门条压力指示灯、应急按钮以及开门按钮均与plc控制器连接，plc控制器和hmi控制面板连接。

5、如上所述化淋舱体内下表面呈上大下小的喇叭口，喇叭口内设有存水弯结构，喇叭口上铺设有多段格栅板，格栅板整体与化淋舱体四周相邻，下水双层套管的进水口连接化淋舱体内存水弯结构的出水口，下水双层套管的出水口连接外部污水回收罐。

6、一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴装置，还包括喷淋系统，喷淋系统包括加药罐、药液加压泵组、舱内药液加压管路、输气加压泵组、压缩空气管路、侧部雾化喷淋器、顶部雾化喷淋器、竖向液体管道、竖向气体管道、手动喷洒器、以及手动输液管道，

7、舱内药液加压管路和化淋舱体外对应的药液加压泵组连接，

8、压缩空气管路和化淋舱体外对应的输气加压泵组连接，

9、药液加压泵组通过对应的舱外药液加压管路与加药罐连通，

10、化淋舱体内侧棱安装有竖向液体管道和竖向气体管道，竖向液体管道和舱内药液加压管路连接，竖向气体管道和压缩空气管路连接，

11、化淋舱体侧部和化淋舱体顶部分别设置有侧部雾化喷淋器和顶部雾化喷淋器，顶部雾化喷淋器和侧部雾化喷淋器的进液口和竖向液体管道连接，顶部雾化喷淋器和侧部雾化喷淋器的进气口和竖向气体管道连接，侧部雾化喷淋器进气口设置在侧部雾化喷淋器进液口的后端，侧部雾化喷淋器的喷雾口为前端；顶部雾化喷淋器进气口设置在顶部雾化喷淋器进液口的后端，顶部雾化喷淋器的喷雾口为前端，

12、化淋舱体内的上部设置有手动喷洒器，手动喷洒器连接手动输液管道，手动输液管道从化淋舱体顶部中间区域穿出化淋舱体然后连接至加药罐底部，

13、加药罐侧壁上安装液位报警开关，液位报警开关和plc控制器连接，液位报警开关包括高液位报警开关、中液位报警开关和低液位报警开关。

14、如上所述药液加压泵组包括泵组液体管路，泵组液体管路上设置有隔膜泵、气动阀门、以及流量计，泵组液体管路两端分别与加药罐和舱外药液加压管路连接，

15、气体加压泵组包括泵组气路管路，泵组气路管路上设置有气泵、压力表、以及气动阀门，泵组气路管路与压缩空气管路连接，压缩空气管路还与气密门充放气路连接，

16、软水泵组包括软水管，软水管上设置有隔膜泵、气动阀门、以及流量计，软水管两端分别与软水源和加药罐顶部连接。

17、一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴装置，还包括送排风系统，送排风系统包括设置在化淋舱体顶部送风罩和排风罩，送风罩包括送风口、送风过滤器、送风流量计、以及送风机组，排风罩包括排风口、排风过滤器、排风流量计、以及排风机组，

18、化淋舱体内侧壁还设置有房间静压差表和舱内气压传感器。

19、一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴装置，还包括生命支持系统，生命支持系统包括生命支持管路、生命支撑呼吸气管和生命支持空气压缩机组，

20、生命支持管路在化淋舱体顶部成环形或半环形分布，生命支持管路与生命支持供气管路一端连通，生命支持供气管路另一端密封穿过化淋舱体的顶板与化淋舱体外部的生命支持空气压缩机组连接，生命支持管路与生命支撑呼吸气管一端连接，生命支撑呼吸气管另一端设置有与正压防护服的防护服气源接口适配连接的供气接口。

21、一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴方法，包括以下步骤：

22、步骤1、化淋舱体进入开启状态，如果是首次进入开启状态，化淋工作指示灯亮，化淋舱体标记为污染状态，第一道气密门投入锁定状态，第二道气密门投入解锁状态，进入步骤2，

23、步骤2、通过plc控制器，控制执行化淋舱体自洁程序；自洁完成后自动进入步骤3，

24、步骤4、判断化淋舱体自洁程序是否正常，在化淋舱体自洁程序中，第一道气密门和第二道气密门为锁定状态，化淋工作指示灯亮，执行无人喷淋程序，如果无人喷淋程序正常完成，第一道气密门和第二道气密门投入解锁状态，化淋工作指示灯熄灭，则化淋舱体自洁程序正常，化淋舱体为洁净状态，化淋舱体进入待机状态，进入步骤5；如果无人喷淋程序没有完成，化淋舱体仍标记为污染状态，洁净区域人员不能进入化淋舱体，在hmi控制面板显示化淋舱体自洁程序中异常，待故障排除后返回步骤1，

25、步骤5、plc控制器监测第一道气密门内外侧的开门按钮和第二道气密门内外侧的开门按钮，

26、步骤6、情况一、实验室人员按第一道气密门外侧的开门按钮，如果第一道气密门为锁定状态，限制实验人员自第一道气密门进入化淋舱体，对锁定原因进行修复后，第一道气密门投入解锁状态，返回步骤5；如果第一道气密门为解锁状态，进入步骤7；

27、情况二、实验室人员按第一道气密门内侧的开门按钮，如果第一道气密门为锁定状态，限制实验人员自第一道气密门出化淋舱体，对锁定原因进行修复后，第一道气密门投入解锁状态，返回步骤5；如果第一道气密门为解锁状态，进入步骤7；

28、情况三、实验室人员按第二道气密门外侧的开门按钮，如果第二道气密门为锁定状态，限制实验人员自第二道气密门进入化淋舱体，对锁定原因进行修复后，第二道气密门投入解锁状态，返回步骤5；如果第二道气密门为解锁状态，进入步骤7；

29、情况四、实验室人员按第二道气密门内侧的开门按钮，如果第二道气密门为锁定状态，限制实验人员自第二道气密门出化淋舱体，对锁定原因进行修复后，第二道气密门投入解锁状态，返回步骤5；如果第二道气密门为解锁状态，进入步骤7；

30、步骤7、如果第二道气密门被打开，化淋舱体即为污染状态，等待第二道气密门关闭后，转至步骤8；如果第二道气密门没有被打开，化淋舱体为洁净状态，返回步骤5，

31、步骤8、判断化淋舱体是否有人，若有人，化淋舱体污染状态自动启动双倍药液量的有人喷淋程序，且进行清水清洗；若没人，化淋舱体污染状态自动启动单倍药液量的喷淋程序，且不用清水清洗。

32、一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴方法，还包括喷淋程序中化淋舱体超压的处理步骤：

33、通过房间静压差表监测化淋舱体内的压力，当化淋舱体内的压力大于最大设定压力值或者小于最小设定压力值时，控制排风机组和送风机组，使得化淋舱体内的压力保持在最大设定压力值和最小设定压力值之间，

34、若化淋舱体内的压力持续超过最大设定压力值设定时间后，立即停止喷淋程序，第一道气密门投入锁定状态，第二道气密门投入解锁状态并自动开门，

35、还包括加药罐液位报警的处理步骤：

36、当加药罐内的液位高于高液位报警开关，则为高液位报警状态，第一道气密门和第二道气密门均投入解锁状态；

37、当加药罐内的液位低于高液位报警开关且高于中液位报警开关，则为正常使用液位状态，第一道气密门和第二道气密门均投入解锁状态；

38、当加药罐内的液位低于中液位报警开关且高于低液位报警开关，则为单次退出使用液位状态，第一道气密门和第二道气密门均处于锁定状态，如果plc控制器检测到第二道气密门开闭后，启动喷淋程序，喷淋程序结束后，第一道气密门内侧的开门按钮不受锁定状态影响可以打开第一道气密门；

39、当加药罐内的液位低于低液位报警开关，则为低液位报警状态，第一道气密门和第二道气密门均投入锁定状态，

40、还包括药液加压泵组、气体加压泵组、以及软水泵组故障的处理步骤：

41、药液加压泵组、气体加压泵组、以及软水泵组在启动工作前,plc控制器检测药液加压泵组、气体加压泵组、以及软水泵组是否有故障报警信号，若有故障报警信号，则待故障报警信号全部消除后，药液加压泵组、气体加压泵组、以及软水泵组才能启动，喷淋程序才能执行，

42、喷淋程序过程中，plc控制器检测到药液加压泵组、气体加压泵组、以及软水泵组出现故障，立即停止喷淋程序，

43、喷淋程序结束后，若药液加压泵组、气体加压泵组、以及软水泵组没有出现故障，plc控制器读取药液加压泵组的流量计和喷淋时间，计算药液喷淋量，若药液喷淋量大于设定药液量，则喷淋程序正常，化淋舱体将标记为洁净状态；否则，判断喷淋程序不正常，化淋舱体标记为污染状态，第一道气密门投入锁定状态，第二道气密门投入解锁状态。

44、一种高等级生物实验室安全低耗化学淋浴方法，还包括气密门密封条压力欠压的处理步骤：

45、第一道气密门和第二道气密门对应的门条气压传感器在门关闭状态过程读取门密封条压力，门密封条压力小于二级过欠压设定值时，对应的门条压力指示灯熄灭；门密封条压力大于等于二级过欠压设定值时，对应的门条压力指示灯亮，对应门密封条在执行充气或放气或自动补气过程中，对应的门条压力指示灯闪烁，一级欠压设定值大于二级过欠压设定值，

46、第一道气密门和第二道气密门在关门状态，仅第一道气密门的门密封条压力小于一级欠压设定值且大于等于二级过欠压设定值时：

47、plc控制器向hmi控制面板发送第一道气密门一级欠压报警，化淋舱体标记为洁净状态，同时plc控制器控制气密门充放气路向第一道气密门的门密封条进行自动补气，第一道气密门不投入锁定状态；

48、第一道气密门和第二道气密门在关门状态，仅第二道气密门的门密封条压力小于一级欠压设定值且大于等于二级过欠压设定值时：

49、plc控制器向hmi控制面板发送第二道气密门一级欠压报警，化淋舱体标记为洁净状态，第一道气密门投入锁定状态，但是第一道气密门的内侧的开门按钮不受锁定状态影响，同时plc控制器控制气密门充放气路向第二道气密门的门密封条自动补气，

50、第一道气密门和第二道气密门在关门状态，仅第一道气密门的门密封条压力小于二级过欠压设定值时：

51、plc控制器向hmi控制面板发送第一道气密门二级欠压报警，对应的门条压力指灯熄灭，化淋舱体标记为洁净状态，同时plc控制器控制气密门充放气路向第一道气密门的门密封条进行自动补气，第一道气密门投入锁定状态，停止使用化淋舱体，

52、第一道气密门和第二道气密门在关门状态，仅仅第二道气密门的门密封条压力小于二级过欠压设定值时：

53、plc向hmi控制面板发送第二道气密门二级欠压报警，对应的门条压力指灯熄灭，化淋舱体标记为污染状态，第一道气密门投入锁定状态，第二道气密门投入锁定状态，第二道气密门的内侧的开门按钮不受锁定状态影响，同时plc控制器控制气密门充放气路向第二道气密门的门密封条自动补气。

54、第一道气密门和第二道气密门在关门状态时：

55、当同时出现第一道气密门一级欠压报警和第二道气密门一级欠压报警，plc控制器控制气密门充放气路向第一道气密门的门密封条和第二道气密门的门密封条自动补气，如果化淋舱体内有人员，则允许人员通过第一道气密门退出化淋舱体，退出后第一道气密门和第二道气密门都投入锁定状态，暂停化淋舱体使用；如果人员在化淋舱体外，第一道气密门和第二道气密门都投入锁定，暂停化淋舱体使用，

56、当同时出现第一道气密门一级欠压报警和第二道气密门二级欠压报警，或者同时出现第一道气密门二级欠压报警和第二道气密门一级欠压报警，或者同时出现第一道气密门二级欠压报警和第二道气密门二级欠压报警：

57、化淋舱体标记为污染状态，第一道气密门和第二道气密门投入锁定状态，第二道气密门的内侧的开关按钮不受锁定状态影响，plc控制器控制气密门充放气路向第一道气密门的门密封条和第二道气密门的门密封条自动补气。

58、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

59、1、实验人员在使用本发明的时候，不可避免出现不能按照规定路径顺序通过化淋舱体，实验室人员进入阶段：依次开、关第一道气密门(利用外侧门的开关按钮)，第二道气密门(利用内侧门的开关按钮)，关闭第二道气密门自动启动喷淋程序；退出阶段：实验室房间开、关第二道门气密门(利用外侧门的开关按钮)，按第一道气密门自动启动喷淋程序；在进入阶段实际过程中人员按第二道气密门的开门按钮,第二道气密门完成开门动作但是由于人员疏忽没有推开门，第二道气密门在设定时间段后会自动重新吸合执行关门动作，然后喷淋程序启动，喷淋程序结束后人员第二次开第二道气密门进入实验室，但是喷淋程序不会启动，化淋舱体处于污染状态，实验室外人员进入可能存在风险。本装置可以通过监测第二道气密门的开、关动作来判断化淋舱体是否污染，将化淋舱体状态分为洁净状态和污染状态两种状态。开闭第一道气密门，化淋舱体与洁净区连通，判断化学淋浴舱体为未被污染，开闭第二道气密门，化淋舱体与污染区连通可能受污染；在洁净状态不启动喷淋程序，污染状态下才启动喷淋程序。

60、2、现有化学淋浴装置在化淋使用过程中，有人或无人状态下，使用相同的消毒剂量和喷淋时间，即相同的喷淋程序，能保证实验室生物安全，但从实验室长期高效运行角度考虑不太经济；本发明硬件上增加流量计监测排风罩和送风罩流量，通过监测的流量判断有无人员，使用两种喷淋程序(有人喷淋程序和无人喷淋程序)，根据有人和无人环境危害风险不同，选用不同的喷淋程序，以减少消毒剂消耗以及对化淋下水的活毒废水处理系统负荷；

61、3、一旦启动喷淋程序，可以调控化淋舱体内的压力，送排风系统调控稳定后(化淋舱体在正常压力波动范围时)，在设定时间段内本装置将实时获取排风罩的排风量减去送风罩的送风量的差值和单件正压防护服最小的通风量关系，判断是否有人从而采取相对应的喷淋程序。

62、4、化淋使用过程中，不可避免出现门密封条破损或者漏气或者门磁断电等特殊情况导致门密封条欠压无密封性，上述特殊情况使得化学淋浴舱体处于污染状态，要么没有报警提示，要么过度报警；本装置可以通过监控门密封条压力，门磁状态和接近开关，状态判断气密门是否处于密封状态，如果门条压力正常且其他信号丢失一个仍可认为洁净状态，使化淋污染状态判断更加精准；

63、5、化淋使用过程不可避免出现喷淋系统故障使化淋舱体处于污染状态，有人员打开第一道气密门的风险；本装置通过气密门锁定功能，开门按钮功能进行屏蔽，使人员禁止进入或限制使用。化学淋浴舱体作为人员的进出通道，既要保证限制生物危害因子外溢，又要保证人员紧急退出；化淋舱体外侧设应急按钮，舱体内无应急按钮，紧急情况下仍可用，以确保人员安全和实验室生物安全。

64、6、化淋药罐有不同的液位报警，特别是化淋药液现配(化学消毒剂需在有效期内使用)加药过程中实验室人员使用，但是没有限制使用措施，会造成加药罐喷淋消毒剂量和喷淋时间不够，消毒不彻底的问题。本装置在加药罐不同液位时，加入气密门锁定功能，锁定限制人员使用化淋。

65、7、在化淋舱体消毒过程或者维保期间，在送排风系统产生故障，此时使用喷淋系统，在化淋舱体密闭环境会造成舱体内压力超压，破坏化淋舱体气密性。本发明装置在化淋舱体内设置压力监测实时监测化淋舱体内压力，在化淋喷淋过程中如果化淋舱体内压力超过设定压力(出现正压)时，喷淋程序立即停止并报警提示，保护化淋舱体气密门可有效避免高致病性病原外溢风险。